Für die Bioprozessentwicklung besteht ein erheblicher Bedarf an leistungsfähigen Mikrobioreaktor (MBR)-Systemen, die einen automatisierten, hochparallelisierten Betrieb bei unabhängiger Variation einzelner Prozessparameter zulassen. Die Mikrobioverfahrenstechnik und die Mikrofabrikationstechnik stellen sich dieser Herausforderung und haben sich in den letzten Jahren der Entwicklung derartiger MBR-Systeme gezielt zugewendet und dabei enorme technische Fortschritte erzielt. Durch immer kleiner werdende Kultivierungssysteme können so die Vorteile von Mikrobioreaktoren effizient genutzt werden: Verringerung des Einsatzes von Reagenzien, Steigerung der Ergebnis- und Aussagedichte und Beschleunigung der Prozessentwicklung. Mikrofluidische Systeme bieten hier die Möglichkeit, entweder in kontinuierlichem Fluss oder sessil an einer Oberfläche anhaftend, in abgeschlossenen Tropfenelementen besonders viele Parameter gleichzeitig zu untersuchen, weshalb sie gerade für Screening-Anwendung in der Frühphasenentwicklung eingesetzt werden.
Ziel des Projektes ist es, ein Tropfen-basiertes System zur Kultivierung mikrobieller und tierscher Zellen zu entwickeln und dieses für biopharmazeutische Applikationen einzusetzen. Hierbei wird mittels vertikaler Oszillation und daraus resultierender Kapillarwellen eine aktive Durchmischung erzielt. Durch die Kombination eines programmierbaren Positionierungssystems und eines Liquid Handling Systems sollen parallele Kultivierungen automatisiert durchgeführt werden und mittels optischer und elektrochemischer Sensoren überwacht werden, wodurch Effekte von Wirkstoffen und deren Formulierungen an Zellen aufgezeigt werden sollen. Durch den Einsatz einer Femtosekunden-Lasertechnologie, welche am Institut für Mikrotechnologie (IMT, TU Braunschweig) für die Fertigung von Mikroreaktoren weiterentwickelt wurde, können frühere Einschränkungen in der dreidimensionalen Gestaltung überwunden und Bauteile mit besonders hoher Oberflächengüte hergestellt werden, was für die biotechnologische Anwendung von großem Vorteil ist.
Projektverantwortlicher: Kevin Viebrock
Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Unterstützung des Projektes „Open capillary wave micro-reactor for biopharmaceutical screening applications“ (KR 1897/5-2, DI 1934/9-2).
