Fluidik für Organ-on-a-Chip-Systeme
Kontinuierliche Versorgung empfindlicher Zellkulturen mit Volumenströmen ab 30 µl/min
Organ-on-a-Chip-Systeme (auch Biochips genannt) ermöglichen die Simulation menschlicher Organfunktionen außerhalb des Körpers. Sie ergänzen Tierversuche und bieten für zahlreiche Anwendungen eine vielversprechende Alternative. Menschliche Zellen werden in mikrofluidischen Kanälen kultiviert und kontinuierlich mit Zellkulturmedium versorgt. Dadurch lassen sich physiologische Prozesse unter kontrollierten Bedingungen untersuchen und Wirkstoffe sowie Chemikalien in einem humanrelevanten Umfeld testen.
Für reproduzierbare Versuchsergebnisse müssen die empfindlichen Zellen kontinuierlich und gleichmäßig mit Zellkulturmedium versorgt werden. Bereits geringe Schwankungen des Volumenstroms beeinflussen das Zellverhalten und beeinträchtigen die Aussagekraft der Versuche.
Ein Funktionsmodul aus Pumpe und Ventil (P-V-Modul) stellt den kontinuierlichen und reproduzierbaren Fluidtransport für die Versorgung der Organ-on-a-Chip-Systeme bereit.
Welche Anforderungen stellt die Versorgung von Organ-on-a-Chip-Systemen an die Fluidik?
Die kontinuierliche Versorgung der Zellkulturen erfordert einen konstanten und äußerst pulsationsarmen Volumenstrom. Gleichzeitig müssen die empfindlichen Zellen möglichst schonend mit Nährstoffen versorgt werden, damit ihre Funktion und Lebensfähigkeit erhalten bleiben.
Die Fluidiklösung muss daher:
- Zellkulturmedium kontinuierlich und reproduzierbar fördern
- Scherbelastungen im mikrofluidischen System minimieren
- einen äußerst pulsationsarmen Volumenstrom gewährleisten
- Fluidiksystem vor Verunreinigungen schützen, ohne relevante Nährstoffe zurückzuhalten
- flexibel in mikrofluidische Versuchssysteme integrierbar sein
Wie wird die Fluidiklösung umgesetzt?
Zum Einsatz kommt ein Funktionsmodul bestehend aus Aufnahmeblock, einer Mikrozahnringpumpe mzr-2921X1 der Niederdruck-Baureihe und einem integrierten Ventil. Ergänzt wird die Fluidiklösung durch einen separaten Ansaugfilter.
Die Mikrozahnringpumpe der 29er Baugröße verfügt über ausreichend große Förderkammern, um die gewünschte Förderleistung mit niedrigen Drehzahlen zu erreichen. Dadurch werden die Zellen in den mikrofluidischen Kanälen auf dem Chip nur äußerst geringen Scherkräften ausgesetzt.
Der Ansaugfilter mit einer Filterfeinheit von mindestens 40 µm schützt das Fluidiksystem vor Verunreinigungen, ohne die für die Zellversorgung relevanten Medienbestandteile zurückzuhalten.
Die Kombination aus Mikrozahnringpumpe, Ventil und Ansaugfilter ermöglicht einen kontinuierlichen Volumenstrom und schafft stabile Bedingungen für die Versorgung der Zellkulturen während des gesamten Versuchs. Dabei werden Volumenströme ab 30 µl/min sowie Dosiervolumina ab 0,5 µl realisiert.
Welche Vorteile bietet die Fluidiklösung für Organ-on-a-Chip-Systeme?
Die Kombination aus P-V-Modul und Ansaugfilter bietet mehrere Vorteile:
- kontinuierliche und reproduzierbare Versorgung mit Zellkulturmedium
- schonender Transport empfindlicher Medienbestandteile durch große Förderkammern und niedrige Drehzahlen
- äußerst pulsationsarmer Volumenstrom für stabile Versuchsbedingungen
- Schutz des Fluidiksystems durch einen Ansaugfilter mit einer Filterfeinheit ab 40 µm
- einfache Integration in mikrofluidische Versuchssysteme
Diese Fluidiklösung schafft reproduzierbare Versuchsbedingungen für Organ-on-a-Chip-Systeme und unterstützt Anwendungen in der pharmazeutischen Forschung, der Wirkstoffentwicklung und der Toxizitätsprüfung.