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FP6

ARTIC — Ergebnis in Kürze

Project ID: 33274
Gefördert unter: FP6-NMP
Land: Niederlande

Künstliche Zilien nach dem Vorbild der Natur

Entwickelt wurde eine innovative Methode zur Manipulation von Fluiden in Mikrofluidiksystemen, die die Propellerfunktion zellulärer Organellen (Zilien) imitieren. Die neue Technologie ist mit biologischen Flüssigkeiten kompatibel und daher für biomedizinische Anwendungen bestens geeignet.
Künstliche Zilien nach dem Vorbild der Natur
Häufig ist die Zelloberfläche eukaryotischer Zellen mit winzigen haarähnlichen Strukturen bestückt - so genannten Zilien - die sensorische Reize wahrnehmen, propellerartige Bewegungen ausführen oder Strömungen verursachen. In den Lungen beispielsweise sorgen sie dafür, dass Schleim aus den Luftwegen abtransportiert wird.

Diese Hin- und Herbewegung war das Prinzip, nach dem das multidisziplinäre EU-finanzierte Projekt ARTIC (Nature-inspired micro-fluidic manipulation using artificial cilia) ein Mikrofluidiksystem entwickelte. Konzipiert wurden "künstliche Zilien" - d.h. Mikroaktoren aus Polymer-Komposit, die über ein Magnetfeld zur Bewegung angeregt werden.

ARTIC konstruierte haudünne, nur wenige Mikrometer lange Zilien aus dünnem, gummiartigen Material, in das gleichmäßig verteilt superparamagnetische Nanopartikel eingebettet sind. Durch Entwicklung spezieller Aktuierungsprotokolle wurden Zilien optimiert, um sich asymetrisch zu bewegen, wodurch ein Fluss entstand.Um die Pumpwirkung zu testen, wurden die Zilien in eine spezielle Mikrofluidik-Kartusche am Boden eines Mikrotunnels integriert. Ihre Bewegung wurde dann über ein zeitlich veränderbares Magnetfeld gesteuert. An spezifischen Modellen wurde anschließend die Interaktion mit komplexen Fluiden beobachtet. Die Flüssigkeiten waren hierzu mit fluoreszenten Beads angereichert worden, um über bildgebende Verfahren die Propellerfunktion der Zilien zu bestätigen und die Bewegung in zeitlicher Auflösung darzustellen.

Der Einsatzbereich der ARTIC-Technologie ist vielseitig, etwa in Biosensoren, Mikrokanälen zur Kühlung elektronischer Geräte, pharmazeutischen und chemischen Hochdurchsatz-Assays sowie beim gezielten Wirkstofftransport. Die Innovation ebnet den Weg für schnellere, effizientere und komplexere Analysen, etwa DNA-Analysen oder den Nachweis von Krankheitserregern für eine zuverlässigere Diagnostik.

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