Tropfen-basierte mikrofluidische Plattform

Das iba verfolgt bei der Entwicklung mikrofluidischer Systeme einen modularen Ansatz. Im Gegensatz zu einem integrierten System (z.B. Lab on a Chip) bietet eine modulare Plattform eine hohe Flexibilität. Die benötigten Funktionsmodule können in beliebiger Reihenfolge kombiniert und der Funktionsumfang entsprechend der gewünschten Anwendung jederzeit erweitert oder angepasst werden.  

Die Abbildung zeigt eine modulare mikrofluidische Plattform, die alle erforderlichen Module für eine Wirkstoff-Dosis-Analyse beinhaltet. Die einzelnen Funktionsmodule sind entsprechend der Anwendungen in der gewünschten Reihenfolge angeordnet und fluidisch verbunden.

Highlights:

  • Module basieren auf dem iba Patent „Montier- und demontierbares Mikrofluidsystem und Verfahren zum Fluten des Systems“, EU-Patent EP2248588A1
  • optimiert für die Handhabung und Kultivierung von 3D-Zellstrukturen (z. B. Sphäroide mit einem Durchmesser von bis zu 600 µm)
  • optimiert für die Handhabung von Tropfen ohne den Einsatz von Tensiden
  • Plasmabeschichtung ermöglicht störungsfreien Betrieb der Module mit heterogenen Medien
  • fluidische Verbindungen der Module erfolgen mit PTFE- und/oder FED-Schläuchen
  • Anschlussrahmen mit 10/32“ oder 1/4“ Anschlüsse für die fluidische Kopplung

Module

  • Mischmodul

    Highlights:

    • optimiert für Anwendungen mit heterogenen Medien (zellhaltige Medien oder Medien mit sedimentierenden Bestandteilen (Partikel))
    • optimiert für eine Einleitung homogen durchmischter Probenmedien in nachgeschaltete Module
    • das Durchmischen erfolgt mit einem Blattrührer
    • regelbare Drehzahl des Rührers von 30 rpm bis 300 rpm
    • das maximale Arbeitsvolumen des Mischmoduls beträgt 10 ml

     

  • Tropfenmodule

    Highlights:

    • verschiedene Fluidmikrosysteme (FMS) mit unterschiedlichen Kanalanordnungen stehen zur Verfügung
    • optimiert für das Generieren von Tropfen aus heterogenen Medien
    • die Kanaloberfläche kann mittels Spritzguss mit einer Mikrostruktur versehen werden
    • beschichtete Mikrostrukturen sorgen für Oberflächeneigenschaften ähnlich dem eines Lotusblattes (Wasser-Kontaktwinkel ca. 160°)
    • reproduzierbares Tropfengenerieren (Variabilitätskoeffizient c 2 %)
    • mikrostrukturierte FMS ermöglichen das Tropfengenerieren mit Vollblutproben

     

  • Speichermodul

    Highlights:

    • Speicherung von bis zu 400 Tropfen bei einer Schlauchlänge von 3 m
    • Kultivieren von Zellen im Inkubator durch steriles An- und Abkoppeln des Moduls
    • detaillierte mikroskopische Aufnahmen von Zellen, die in den Tropfen vorliegen, ist in Kombination mit einem Mikroskopiermodul möglich
    • das tropfenführende Material der Speichermodule ist semipermeabel und gewährleistet einen ausreichenden Gasaustausch für die Kultivierung von zellhaltigen Proben in handelsüblichen Inkubatoren
  • Druckmodul

    Highlights:

    • Messen des Drucks im mikrofluidischen System (Systemdruck)
    • Druckmessung erfolgt über einen Bypass
    • der Druckmessbereich ist abhängig vom eingesetzten Drucksensor (Standard Druckmessbereich: 0 bis 2,5 bar, Genauigkeit: 2,5 mbar)
    • Der Messbereich kann an die entsprechende Anwendung anpasst werden

     

  • Konditioniermodul

    Highlights:

    • ausgestattet mit Piezoventilen oder Magnetventilen
    • automatisierte Ventilsteuerung durch eine integrierte Tropfenerfassung
    • ausgestattet mit bis zu 10 unabhängig ansteuerbaren Reservoirs für verschiedene Medien und Reagenzien
    • die Reservoirs werden über eine Druckregelung mit einem sterilen Luftdruck beaufschlagt
    • ermöglicht die Zugabe von Reagenzien in strömende Tropfen und die Entnahme eines definierten Volumens aus einem strömenden Tropfen
    • Zugabe und Entnahme in einem Volumenbereich von 20 nl bis 600 nl
    • das Volumen für die Zugabe und Entnahme kann über drei Parameter variiert werden: Druckdifferenz zwischen den strömenden Tropfen und den Reservoirs, die Öffnungszeit der Ventile und deren Ventilhub
    • das Erfassen des Drucks der strömenden Tropfen erfolgt mit einem vorgeschalteten Druckmodul

     

  • Analysemodul

    Highlights:

    • ermöglicht Extinktions- und Fluoreszenzmessungen
    • für die Detektion stehen Spektrometer und Photomultiplier zur Verfügung
    • optimiert für in FEP-Schläuchen strömende Probentropfen
    • Spektrometer: Spektralbereich 190 nm - 1700 nm
    • Photomultiplier: Erfassung im Bereich von 230 nm - 920 nm
    • entsprechend den Spektralbereichen der Detektoren stehen Deuterium-, Halogen- und Xeon-Lichtquellen zur Verfügung
    • für Fluoreszenzmessungen können handelsübliche optische Filter eingesetzt werden