Gleichmäßige Tröpfchen in einem mikrofluidischen System für die Biokonservierung

Während des Einfrierens kann die Kristallisation zusätzlich zu physikalischen Schäden an der Membran fatale Schäden an den Zellen verursachen indem sie mobile Moleküle verdrängt und sie in kleinen Zellvolumina einschließt was zu einem dramatischen Abfall der lokalen Ionenkonzentration und schließlich zur Vergiftung der Zellorganellen führt. Die Vitrifikation intrazellulärer Moleküle kann die durch Kristallisation verursachten Probleme der Kryokonservierung überwinden. Um eine Vitrifizierung zu erreichen muss eine enorme Wärmeabfuhr von etwa 10^6 C/s auf die Zellen angewendet werden was derzeit für biologische Materialien nicht möglich ist. In dieser Forschungsarbeit untersuchten wir eine neue Methode mittels mikrofluidischer Geräte die von Dr. Mehmet Toner vorgeschlagen wurde um Zellen mit CPAs vorzukonzentrieren und dabei die Zellen einer wesentlich geringeren mechanischen und osmotischen Belastung auszusetzen als bei herkömmlichen Methoden. Die neue Methode basiert darauf Zellen in wässrigen Tröpfchen einzufangen und die CPA-Konzentration im Tröpfchen durch Anpassung der Temperatur des Systems zu steuern. Durch Finite-Elemente-Analysen des mikrofluidischen Systems haben wir festgestellt dass es mit der neuen BioMEMS-basierten Methode möglich ist Säugetierzellen mit CPA in 3 Minuten auf das Zehnfache der ursprünglichen CPA-Konzentration vorzukonzentrieren.