Cell Gentle Pumping

Beschreibung

Im Bereich der dynamischen Zellkultivierung ist ein natürlicher Blutfluss, wie er im menschlichen Körper vorkommt, wichtig und notwendig. Blutzellen werden bereits bei der Blutabnahme in eine veränderte Umgebung gezwungen, gefolgt vom Transport und insbesondere durch das Pumpen durch ein Analyseplättchen für die Live-Mikroskopie. Blutzellen verändern ihre charakteristische Expression bei zu hohen Druckgradienten und gravitativer Ablagerung. Hohe Scherkräfte verursacht durch Pumpsysteme können die Zellmembranen zerstören. Eine sanfte pulsierende Pumpe integriert auf einem Lab-on-Chip System ermöglicht den konstanten Kreislauf einer Zellsuspension, erlaubt die Kultivierung unter dynamischen Bedingungen und ermögliche die Analyse von Zell-Zell oder Zell-Material Interaktionen. Ferrofluidische Pumpsysteme sind limitiert durch das Leckwerden des dynamischen Verschlusses verursacht durch zu hohe Druckgradienten. Elektromagnetische Feldsimulationen können die Abdichtung zwischen Verschluss und Kanaloberfläche verbessern. Für einen geringen Zellschaden und eine hohe Durchflussrate wird der Partikelschaden Index (PDI) analysiert. Die Computerunterstützte Berechnung der Geschwindigkeit, die Scherspannungen und das optimale Design werden mit einem strukturierten und automatisierten Optimierungstool (HEEDS MDO) ermittelt. Die erhaltenen Designparameter ermöglichen die Umsetzung eines Prototypen zum sanften Zelltransport für die dynamische Zellanalyse. Hämolyse-Tests von Blut und Zytotoxizitäts-Tests von Zelllinien garantieren die Biokompatibilität der genannten Technologie. ** Diese Arbeit wird von der NÖ Forschungs- und Bildungsges.m.b.H. (NFB) im Rahmen des Life Science Call kofinanziert. Für den Inhalt dieser Publikation sind die Autoren verantwortlich.

Details

Projektzeitraum 01.10.2014 - 31.03.2017
Fördergeber Bundesländer (inkl. deren Stiftungen und Einrichtungen)
Förderprogramm Life Science Call NFB
Department

Department für Integrierte Sensorsysteme

Zentrum für Modellierung und Simulation

Projekt­verantwortung (Donau-Universität Krems) Dipl.-Ing. Dr. Martin Brandl

Publikationen

Gusenbauer, M.; Mazza, G.; Posnicek, T.; Brandl, M.; Schrefl, T. (2018). Magnetically actuated circular displacement micropump. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 95: 3575/https://doi.org/10.1007/s00170-017-1440-5

Gusenbauer, M.; Schrefl, T. (2018). Simulation of magnetic particles in microfluidic channels. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 446: 185-191

Gusenbauer, M.; Tothova, R.; Mazza, G.; Brandl, M.; Schrefl, T.; Jancigova, I.; Cimrak, I. (2018). Cell Damage Index as Computational Indicator for Blood Cell Activation and Damage. Artificial Organs, Volume 42, Issue 7: 746-755

Gusenbauer, M.; Mazza, G.; Brandl, M.; Schrefl, T. (2017). Sensing the blood cell damage in a magnetically actuated circular pump. IEEE, 2017 IEEE Sensors: 1-3

Gusenbauer, M.; Mazza, G.; Brandl, M.; Schrefl, T.; Tothova, R.; Jancigova, I.; Cimrak, I. (2016). Sensing platform for computational and experimental analysis of blood cell mechanical stress and activation in microfluidics. Procedia Engineering, 168: 1390–1393

Vorträge

Sensing the blood cell damage in a magnetically actuated circular pump

IEEE Sensors 2017, 01.11.2017

Model-Based Design and Optimization of Microfluidic Systems for Gentle Cellular Perfusion

Sensor2017 Nürnberg, 31.05.2017

Keep the blood cells happy

2nd Workshop on Modelling of Biological Cells, Fluid Flow and Microfluidics, Vrátna, Slovakia, 06.02.2017

Rapid prototyping of miniature blood vessels

2nd Workshop on Modelling of Biological Cells, Fluid Flow and Microfluidics, Vrátna, Slovakia, 06.02.2017

Cell rheology in microfluidic perfusion: computational and experimental approach

MNE 2016, 21.09.2016

Sensing platform for theoretical and experimental analysis of blood cell mechanical stress and activation in microfluidics

Eurosensors 2016, 07.09.2016

Simulation of magnetic particles in blood flow to improve failsafe particle detection of microspheres based detoxification system

Particles 2015, 28.09.2015

Automated microfluidic optimization to reduce blood cell activation

CFD in Medicine and Biology II, 01.09.2015

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