Offener Kapillarwellen-Mikroreaktor für biopharmazeutische Screening-Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Dietzel; Professor Dr. Rainer Krull
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310619924

Tropfen-basierte Systeme als separate Reaktionseinheiten haben sich als vielversprechender Ansatz für hochparallele Kultivierungen erwiesen, wodurch der zunehmende Bedarf an experimentellen Daten in der biopharmazeutischen Forschung gedeckt werden kann. Im Vergleich zu mikrofluidischen Ansätzen mit kontinuierlichem Fluss zeichnen sich diese sessilen Tropfensysteme durch eine höhere Flexibilität und einfachere Umsetzung bezüglich der Fluidmanipulation aus. Dennoch fehlt den gegenwärtigen Ansätzen zur Kultivierung in Tropfen die Möglichkeit zu einer aktiven Durchmischung sowie der umfassenden Analyse und Auswertung von Prozessparametern für biopharmazeutische Screening-Anwendungen.Die Zielsetzung des Projektes besteht darin, ausgehend von einem in der ersten Projektphase entwickelten Kapillarwellen (capillary wave)-Mikrobioreaktor (cwMBR, Reaktionsvolumen 7 gammaL), ein Mikrobioreaktor (MBR)-Array in monolithischer Bauweise mittels Femtosekunden-Laser-Direct-Writing-Verfahren und chemischer Ätztechnik in Quarzglas anzufertigen. Das aus 3 x 3 MBRs bestehende und mittels eines Flüssigkeitsdosiersystems von oben zugängliche Array wird mit einer umfangreichen online-Sensorik (u. a. Flüssigkeitskontrolle, Resonanzüberwachung, Viskosität sowie pH, O2, Glukose und Impedanz) für biopharmazeutische Screening-Anwendungen ausgestattet. Als Anwendungsbeispiele werden im Rahmen dieses Projekts der oxidative Stress unter Verwendung eines stresssensitiven Stamms von Saccharomyces cerevisiae N34 untersucht und die Überwachung der Lebensfähigkeit und Vitalität von CHO-Zellen als Proof-of-concept durchgeführt.Durch eine effiziente Femtosekunden-Laser-Mikrostrukturierung unter Verwendung von Quarzglas, der Implementierung einer aktiven Mischtechnik mittels Kapillarwellen und integrierten Sensorik werden in diesem Projekt neuartige Tropfen-Reaktoren in kleinstem Maßstab entwickelt. Mit Hilfe dieses Arrays können damit wichtige biologische Kenngrößen simultan überwacht und so ein neues hochfunktionales High-Throughput-System für biopharmazeutische Screening-Anwendungen bereitgestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen