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Institut für Bio-und Geowissenschaften

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Mikrofluidischer Bio-Reaktor für die
Einzelzell-Analyse

Biotechnologen und Ingenieure des IBG-1 entwickelten nun erfolgreich einen miniaturisierten Bioreaktor mit einem Reaktorvolumen von nur einem Picoliter (einem Billionstel Liter)!

Ein präzises aber kostengünstiges Kunststoff-Abformverfahren erlaubt mitunter Fertigungszyklen von wenigen Tagen und ermöglicht somit die Nutzung des Mikrochips als Einwegartikel. Mit Hilfe hochauflösender Zeitraffer-Videomikroskopie konnten erstmals industriell relevante Produktionsorganismen über einen längeren Zeitraum auf Einzelzellniveau beobachtet und analysiert werden. Aufgrund der Strukturgrößen bis in den Sub-Mikrometer Bereich können zukünftig hunderte solcher Picoliter-Bioreaktoren auf einem Briefmarken großen Chip untergebracht werden. Dadurch werden Langzeit-Hochdurchsatzuntersuchungen einzelner Bakterien und Bakterienkolonien unter optimal kontrollierbaren Umgebungsbedingungen erst möglich.  In ersten Experimenten zeigte der industriell genutzte Organismus Corynebacterium Glutamicum erstaunlicherweise im Mikrochip ein deutlich höheres Wachstum als unter konventionellen Kultivierungsmethoden. Wahrscheinlich ist dies zurückzuführen auf konstantere Umgebungsbedingungen, die kontinuierliche Versorgung mit Nährstoffen und Abtransport von Ausscheidungsprodukten.  Im direkten Vergleich mit einem 1-Liter Bioreaktor Experiment zur Untersuchung verschiedener Wachstums-Phänotypen des Lysin Produzenten  C. Glutamicum DM1800, führte der neuartige Picoliter-Bioreaktor zu einer Zeitersparnis von mehr als einhundert Stunden. Mit Hilfe genetisch kodierter Fluoreszenzsensoren konnten zudem auch zeitliche Produktions-Abhängigkeiten einzelner Zellen untersucht werden. Zukünftig werden am IBG-1 derartige  Einzelzell-Analyse Systeme vermehrt eingesetzt, um komplexe Fragestellungen der Systembiologie und Biotechnologie zu untersuchen.

Die Ergebnisse der Arbeit wurden nun in der einschlägigen Fachzeitschrift Lab-on-a-Chip der Royal Society of Chemistry publiziert und sind online verfügbar unter: http://dx.doi.org/10.1039/C2LC40156H

Für mehr Informationen kontaktieren Sie bitte:
Dr. Dietrich Kohlheyer
E.-Mail: d.kohlheyer@fz-juelich.de


Graphic of 1 pl bioreactor


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