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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-75555
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/7555/


Steigert, Jürgen

Pico-Injector for the discrete chemical stimulation of individual cells featuring a high temporal and spatial resolution

Pico-Injector für die Räumlich und Zeitlich hoch aufgelöste Diskrete Chemische Stimulation von Individuellen Zellen

Dokument1.pdf (34.353 KB) (md5sum: 205d1adc4249178370453c06847fb01d)

Kurzfassung in Englisch

This thesis presents a new and flexible tool (Pico-Injector) for the chemical stimulation of individual cells in their physiological environment with a high temporal and spatial resolution by precisely controlled release of discrete biochemical agent solutions. Key component of the Pico-Injector is the developed dispensing unit based on the bubble-jet actuation principle enabling the pulsed (f < 11 kHz) and reproducible (CV < 9%) release of discrete agent volumes in the lower picoliter (pL) range (V = 10 pL or 6 pL). The diameter of the released agent droplets (d = 27 µm for V = 10 pL) matches the size of typical cells of interest (dcell = 10-30 µm) enabling the chemical stimulation of a single cell within a confluent cell culture. The agents are released with a high temporal resolution (< 100 µs). The dispensing unit features two individually addressable actuation units allowing the synchronized release of two biochemical agents in parallel or in series to perform customized stimulation protocols. The two agents are focussed on a common release area of dra < 50 µm.


Kurzfassung in Deutsch

Die vorliegende Arbeit präsentiert ein völlig neuartiges und flexibles Dosiersystem (Pico-Injector) für die diskrete, zeitlich und räumlich hochaufgelöste, chemische Stimulation einzelner Zellen innerhalb eines Zellverbandes. Kernkomponente des Pico-Injectors ist die entwickelte Dosiereinheit, basierend auf dem Bubble-Jet Aktuationsmechanismus. Diese ermöglicht die gepulste (f = 11 kHz) Abgabe von in Flüssigkeit gelöstem Wirkstoff in diskreten Volumina im unteren Picoliter (pL) Bereich (V = 10 pL oder 6 pL) mit einer guten Reproduzierbarkeit (CV < 9%). Der abgegebene Tropfendurchmesser (d = 27 µm für V = 10 pL) entspricht hierbei typischen Zelldurchmessern (dcell = 10-30 µm). Neben der hohen räumlichen Auflösung kann der Wirkstoff mit einer hohen zeitlichen Auflösung von Abgabezeiten < 100 µs dispensiert werden. Die Dosiereinheit bietet darüber hinaus die Möglichkeit, zwei verschiedene chemische Substanzen, durch die synchronisierte Ansteuerung zweier individuell adressierbarer Aktuationseinheiten, sequentiell oder als Ensemble individuell adressierbar sowie auch parallel zu dosieren. Hierdurch können benutzerdefinierte Stimulationsprotokolle realisiert werden. Die zwei abgegebenen Wirkstoffe werden auf räumlich identische Positionen mit einem Durchmesser von dra < 50 µm fokussiert.


SWD-Schlagwörter: Mikrofluidik , Stimulation , Mikrosystemtechnik
Freie Schlagwörter (englisch): microfluidics, cell stimulation, microengineering
PACS Klassifikation MEMS in , 87.85.M- , biotechnol , 87.85.Ox , Biomedical
Institut: Institut für Mikrosystemtechnik
Fakultät: Technische Fakultät (bisher: Fak. f. Angew. Wiss.)
DDC-Sachgruppe: Technik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Zengerle, Roland (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 09.06.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 28.06.2010
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