Echtzeitdeformationszytometer

• Fachliche Zuordnung: Polymerforschung
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546133650

Es soll ein Echtzeitdeformationszytometer zur Hochdurchsatz-Charakterisierung weicher mikroskopischer Objekte in der Polymerforschung – insbesondere Mikrogelen, aber auch Vesikeln und Tensid-stabilisierten Mikrotropfen – beschafft werden. Das beantragte Gerät besteht aus vier integrierten Modulen: dem eigentlichen Echtzeitdeformationszytometer (engl. real-time deformability cytometry, „RT-DC“), einem invertierten Fluoreszenzmikroskop („F“) für Mehrkanalfluoreszenzmessungen, einer Sortiereinheit zur Auftrennung von Objekt-beladenen Fluidströmen („so“) sowie einem temperaturkontrollierten Messraum für die Charakterisierung temperatursensitiver oder -responsiver Materialien. Wesentliches Innovationsmerkmal des soRT-FDC ist die Ausnutzung hydrodynamischer Kräfte in Mikrokanälen um nicht nur optische – wie bei herkömmlicher Durchflusszytometrie, sondern ebenso mechanische Objekteigenschaften zu erfassen. Ursprünglich entwickelt als Zellanalysegerät, ist eine dedizierte Anwendung des beantragten Gerätes in den Materialwissenschaften vorgesehen. Hier wird die Echtzeitanalyse einer Vielzahl optischer (Helligkeit, Fluoreszenzfarbstoffverteilung), morphologischer (Objektfläche/-höhe/-längenverhältnis, Oberflächenrauigkeit, Trägheitsverhältnis) sowie mechanischer Materialeigenschaften (Deformierbarkeit bzw. Elastizitätsmodul) von 100 bis zu 1.000 Objekten pro Sekunde eine bedeutsame Weiterentwicklung der bis dato insbesondere auf (konfokaler) Fluoreszenzmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie (AFM)-basierten Charakterisierung von Einzelobjekten darstellen. Die damit mögliche Generierung großer Datensätze aus diesen vielfältigen Materialparametern wird eine wichtige Basis bilden für die fortschreitende Digitalisierung der Polymerforschung, beispielsweise zum Anlernen Künstlicher Intelligenzen sowie zur Vermeidung einer Überanpassung von Materialmodellen aufgrund unzureichender Datensätze. Die Gerätekonfiguration besitzt ein Alleinstellungsmerkmal in der deutschen und internationalen Polymerforschung und wird die an der OVGU Magdeburg bisher genutzten (bio-)mechanischen Methoden wie AFM, Durchflusszytometrie und Mikropipettenaspiration zur Analyse weicher mikroskopischer Objekte sinnvoll ergänzen und den Brückenschlag zwischen Material- und Lebenswissenschaften fakultätsübergreifend forcieren. Bezogen auf den Anwendungsschwerpunkt der Charakterisierung von Mikrogelen soll das soRT-FDC in seiner geplanten Konfiguration erstmals u.a. in situ Einblick in Ursachen für optisch-mechanische Heterogenitäten von Mikrogelen während ihrer Produktion gewähren, die Kopplung von strukturellen, mechanischen und optischen Phänomenen in Polymergelen aufklären, und die nachgelagerte Strukturaufklärung mittels Synchrotron- oder Neutronenstreuung dank parameter-spezifischer (Vor-)Sortierung effizient gestalten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Echtzeitdeformationszytometer
• Gerätegruppe: 3500 Zellzähl- und Klassiergeräte (außer Blutanalyse), Koloniezähler
• Antragstellende Institution: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
• Leiter: Professor Dr. Julian Thiele