In:
tm - Technisches Messen, Walter de Gruyter GmbH, Vol. 83, No. 5 ( 2016-5-28), p. 274-288
Abstract:
In diesem Beitrag präsentieren wir die Entwicklung verschiedener
Sortieralgorithmen bzw. -topologien für eine auf einem Mikrofluidik-Chip basierende Zell-Sortieranlage, welche auf dem
Elektrowetting-Verfahren (EWOD) beruht. Eine der Zielanwendungen dieses neuartigen Zellsorters ist die Untersuchung spezifischer
zellulärer Mechanismen durch entsprechende Zellenselektion im Kontext der Tumorgenese-Forschung, z. B. bei der Entstehung von
Leukämien oder Lymphomen. Die gesamte, mehrlagige Chip-Entwicklung erfolgte im Rahmen des EU-geförderten (EFRE)
Forschungs-Verbundprojektes „MINAPSO“ (Mikrochip Navigierte Parallel-Sortieranlage) und verbindet einen Ansteuerungschip
in Standard-CMOS-Technologie mit dem entsprechenden Mikrofluidik-Aufbau. Die hierbei realisierte Sortiertopologie besteht
aus einem optimierten 2-3-Sequenzteiler-Sorter mit einer
numerisch abgeschätzten, erreichbaren Sortiergeschwindigkeit von 0.6 bis 1.85 Zellen/Takt (zukünftige
Chip-Architekturen wie der sog. Smart-Diffusion-Sorter erzielen sogar
Geschwindigkeiten bis zu 5 Zellen/Takt). Für die Modellierungs- und Optimierungsprozesse der Sorterarchitekturen bzw. -algorithmen
wurde eine Simulationsplattform in MATLAB entwickelt, welche die in dieser digitalen Mikrofluidik zum Einsatz kommenden, EWOD-basierten
Manipulationsoperatoren im Kontext eines Datenparadigmas repräsentiert und bearbeitet. Die charakteristischen
Zeitkonstanten dieser EWOD-basierten Operatoren wurden anhand fluiddynamischer Simulationen (CFD) mit Hilfe von COMSOL Multiphysics
numerisch ermittelt. Weitere Optimierungspotenziale hinsichtlich der resultierenden Sortiergeschwindigkeit der Zellsortieranlagen konnten
mittels CFD-Simulationen und entsprechenden Messdaten identifiziert werden. Gemäß unseres Kenntnisstandes stellt der hier
vorgestellte Zell-Sorter den gegenwärtig komplexesten EWOD-Mikrofluidik-Chip dar. MINAPSO (Mikrochip-Navigierte
Parallel-Sortieranlage) ist ein Verbundprojekt der Universität Duisburg-Essen, dem Fraunhofer IMS und der Firma Bartels Mikrotechnik GmbH,
Dortmund, welche durch die EU (EFRE) über das Ziel-2-Programm des
Ministeriums für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und Handwerk des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des Innovationswettbewerbs NanoMikro + WerkstoffePhotonik.NRW gefördert
wird.
Type of Medium:
Online Resource
ISSN:
0171-8096
,
2196-7113
DOI:
10.1515/teme-2015-0054
Language:
English
Publisher:
Walter de Gruyter GmbH
Publication Date:
2016
detail.hit.zdb_id:
2025790-9
SSG:
15,3
Permalink
