Institut für Mikrostrukturtechnik
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

---

Wissenschaftliches Portrait

Woran wir arbeiten

Wir entwickeln in enger Zusammenarbeit mit verschiedenen wissenschaftlichen und industriellen Partnern neue Chip-Komponenten für biologische Anwendungen (sogenannte BioMEMs), die in verschiedenen Bereichen der Biomedizin, Biologie und Biotechnologie eingesetzt werden können. Neben nanostrukturierten Oberflächen für Implantate im Dentalbereich arbeiten wir an polymerbasierten mikrofluidischen Systemen für die Point-of-Care-Diagnostik und für Organ-on-Chip-Systeme.

Auf Basis dieser Arbeiten haben wir zusammen mit unseren Partnern vom Botanischen Institut des KIT im Rahmen eines vom BMBF geförderten Kooperationsprojekts einen mikrofluidischen Bioreaktor entwickelt, in dem Pflanzenzellen kultiviert werden können. Sein modularer Aufbau erlaubt es, unterschiedliche Zelltypen durch einen gemeinsamen metabolischen Fluss miteinander zu verbinden und so ggf. neue Stoffe zu generieren oder die Effizienz zu steigern.

Der mikrofluidische Bioreaktor besteht aus 2 Kammern, die durch eine permeable Polymermembran voneinander getrennt sind, die für Stoffwechselprodukte und Nährstoffe durchlässig ist. In der oberen Kammer werden die Pflanzenzellen kultiviert, durch die untere Kammer fließt der Versorgungsstrom, mit dessen Hilfe mehrere Module miteinander verbunden werden können.

Unser Beitrag zu DialogProTec

Im Rahmen des DialogProTec-Projektes soll die chemische Kommunikation zwischen Pilz- und Pflanzenzellen untersucht werden. Die Idee ist, den mikrofluidischen Bioreaktor so zu modifizieren, dass auch Pilzzellen kultiviert werden können, um dann Pilz- und Pflanzenzellmodule in einem gemeinsamen metabolischen Fluss zu kombinieren. Ein weiterer Schritt ist die Integration einer dritten Kammer, so dass beide Zellarten innerhalb eines Bioreaktors kultiviert werden können.

Der Schwerpunkt des IMT liegt hierbei bei der Fertigung dieser Bioreaktoren aus polymeren Werkstoffen. Die Gehäusekomponenten werden dabei durch Heißprägen oder Spritzgießen abgeformt und dann zusammen mit der permeablen Membran mittels Ultraschallschweißen oder Klebeverfahren miteinander verbunden.

Publikationen zum Projekt

Finkbeiner, T.; Soergel, H. L.; Koschitzky, M. P.; Ahrens, R.; Guber, A. E. (2019) Ultrasonic welding for the rapid integration of fluidic connectors into microfluidic chips. Journal of micromechanics and microengineering, 29 (6), Article no: 065011. doi:10.1088/1361-6439/ab10d2

Rajabi, T.; Finkbeiner, T.; Garschagen, R.; Ahrens, R.; Guber, A.E. (2018) Introduction of Polyethylene Terephthalate (PET) enabling the fabrication of in vitro models for medical or pharmaceutical applications; Proceedings of the 22nd International Conference of miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences , p. 2373-4

Maisch, J.; Kreppenhofer, K.; Büchler, S.; Merle, C.; Sobich, S.; Görling, B.; Luy, B.; Ahrens, R.; Guber, A. E.; Nick, P. (2016) Time-resolved NMR metabolomics of plant cells based on a microfluidic chip.. Journal of plant physiology, 200, 28–34 (https://doi.org/10.1016/j.jplph.2016.06.004).

Mitarbeiter

Prof. Dr. Andreas Guber,
Leitung des Teilprojekts

Dr. Ralf Ahrens, wissenschaftliche Betreuung

Leona Schmidt-Speicher, Doktorandin