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Mini-Zentrifuge vereinfacht die Untersuchung von Blutzellen

Neue Organ-on-Chip-Möglichkeiten

14.05.2019

RMIT University

Der Tropfen aus Flüssigmetall, der für die Herstellung der Mini-Zentrifuge verwendet wird, sitzt auf dem Kanal, durch den die Proben schließlich gepumpt werden.

Das neue Mikrogerät für die Flüssigkeitsanalyse, das gerade in Advanced Functional Materials vorgestellt wurde, wird maßgeschneiderte Experimente in der Medikamentenentwicklung und Krankheitsforschung ermöglichen. Es könnte auch die Prüfung von Wasserkontaminationen und die medizinische Diagnose in Naturkatastrophengebieten verändern, wo es aufgrund seiner niedrigen Kosten, seiner einfachen Handhabung und Übertragbarkeit ein praktisches Werkzeug ist, das fast jeder nutzen kann.

So funktioniert es

Mikrofluidik- oder "Lab-on-a-Chip"-Geräte werden häufig zur Analyse von Blut- und anderen Flüssigkeitsproben verwendet, die durch enge Kanäle in einem transparenten Chip von der Größe einer Briefmarke gepumpt werden.

Dieser neue Chip geht noch einen Schritt weiter, indem er einen dreidimensionalen Hohlraum entlang des Kanals hinzufügt - denken Sie an einen schmalen Tunnel, der sich plötzlich in ein Kuppelgewölbe öffnet -, der einen Mini-Wirbel erzeugt, in dem sich die Partikel drehen, was ihre Beobachtung erleichtert.

Um diesen Hohlraum herzustellen, haben die Forscher bei der Herstellung des Chips einen flüssigen Metalltropfen auf die Siliziumform aufgetragen. Durch die hohe Oberflächenspannung des flüssigen Metalls behält es seine Form während des Formprozesses.

Schließlich wird das flüssige Metall entfernt, so dass nur der Kanal und ein kugelförmiger Hohlraum als Mini-Zentrifuge zur Verfügung stehen, erklärte der RMIT-Ingenieur und Studienkoleiter Dr. Khashayar Khoshmanesh. "Wenn die Flüssigkeitsprobe in den kugelförmigen Hohlraum eintritt, dreht sie sich innerhalb des Hohlraums", sagte er.

"Dieses Spinnen erzeugt einen natürlichen Wirbel, der genau wie eine Zentrifugenmaschine in einem Analyselabor die Zellen oder andere biologische Proben dreht, so dass sie untersucht werden können, ohne dass sie erfasst oder markiert werden müssen."

Das Gerät benötigt nur winzige Proben, nur 1 ml Wasser oder Blut, und kann verwendet werden, um winzige Bakterienzellen von nur 1 Mikrometer Größe bis hin zu menschlichen Zellen von 15 Mikrometer Größe zu untersuchen.

Eine Plattform zur Erforschung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Study Co-Leiter und RMIT-Biologe, Dr. Sara Baratchi, sagte, dass die weichen kugelförmigen Hohlräume des Geräts verwendet werden könnten, um 3D menschliche Organe nachzuahmen und zu beobachten, wie sich Zellen unter verschiedenen Strömungsbedingungen oder Medikamentenwechselwirkungen verhalten.

"Die Möglichkeit, die Größe der Kavität anzupassen, ermöglicht es auch, verschiedene Strömungssituationen zu simulieren - so können wir die Reaktion von Blutzellen unter gestörten Strömungssituationen nachahmen, zum Beispiel an Astpunkten und Krümmungen von Koronar- und Halsschlagadern, die anfälliger für Verengungen sind", sagte sie.

Diese Fähigkeit wird für Australiens boomende biomedizinische Industrie von Interesse sein, da medizinische Geräte zu unseren Top-10-Exporten im Jahr 2018 gehören und einen Wert von 3,2 Milliarden Dollar haben.

Baratchi sagte, dass die Entdeckung nur durch die Zusammenarbeit mit Technologen der School of Engineering und Mechanobiologen der School of Health and Biomedical Sciences möglich wurde, die sich in der Forschungsgruppe Mechanobiologie und Mikrofluidik des RMIT zusammenschlossen.

"Biologen wie ich hatten Mühe, den Einfluss von strömungsassoziierten Kräften auf die zirkulierenden Blutkörperchen zu untersuchen. Jetzt tut dieses miniaturisierte Gerät, das wir gemeinsam mit unseren Kollegen entwickelt haben, genau das", sagte Baratchi.

"Es ist eine geniale Lösung, die den Wert der interdisziplinären Forschung wirklich unterstreicht."

Aber einige der spannendsten Anwendungen könnten auch außerhalb des Labors liegen.

Ein billiger und tragbarer Wassertest, den jeder benutzen kann.

Eine weitere vielversprechende Anwendung ist die Identifizierung von Parasiten und anderen Infektionen in Gewässern, insbesondere in Entwicklungsländern.

"Die Erkennung von Wasserverunreinigungen kann eine schwierige Aufgabe sein, da man nicht immer genau weiß, wonach man sucht", sagte Khoshmanesh.

"Aber mit diesem Gerät werden die Verunreinigungen ohne spezielle Probenvorbereitung vom Wirbel erfasst und umkreist, was Zeit und Geld spart."

Ob für die Analyse von Wasser- oder Blutproben, die niedrigen Kosten und die Portabilität des Gerätes machen es für eine ganze Reihe von Anwendungen attraktiv.

Die gleiche Forschungsgruppe hat kürzlich eine Druckpumpe aus Latexballons entwickelt, um das Gerät zu bedienen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Pumpen, die so groß wie ein Schuhkarton sein können und Tausende von Dollar kosten, sind sie kostengünstig und tragbar.

"Einfachheit ist ein sehr wichtiger Parameter für unsere Designs, denn das bedeutet oft niedrigere Kosten und eine große Anwendbarkeit außerhalb des Labors", sagte Khoshmanesh.

"Unser neues mikrofluidisches Gerät, kombiniert mit unserer Pumpe und einem Smartphone, das in der Lage ist, Hochgeschwindigkeitsbilder aufzunehmen, macht ein kostengünstiges, autarkes und vollständig tragbares Point-of-Care-Diagnosegerät aus."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

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