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NIM nanosystems initiative munich
Meldung

Wednesday, 23 May, 2012

Floating cells

Separation of blood cells using hydrodynamic lift

Die Diagnose von Krankheiten wird zunehmend einfacher, schneller und genauer. Die Gruppe des NIM-Wissenschaftlers Dr. Thomas Franke (Universität Augsburg) leistet dazu mit ihrer aktuellen Veröffentlichung einen wichtigen Beitrag. Die Physiker entwickelten eine neue Methode zur Auftrennung von Blutzellen. Dazu nutzen sie einen hydrodynamischen Effekt, die sogenannte Liftkraft.


Die Liftkraft bewirkt, dass sich Zellen in einer Kapillare so klein wie ein feines Blutgefäß unterschiedlich schnell von der Gefäßwand in Richtung Kapillarmitte bewegen. Je größer, und weicher ein Teilchen ist, desto schneller bewegt es sich ins Zentrum. Dieser Effekt führt im menschlichen Körper dazu, dass die roten Blutkörperchen zumeist rasch in der Mitte der Blutgefäße fließen, während die kleineren Blutplättchen näher an der Wand bleiben. Dort werden sie im Falle einer Verletzung auch für den Wundverschluss gebraucht.


Franke und seine Mitarbeiter haben es nun geschafft, diesen physiologischen Effekt auf einem kleinen Chip zu imitieren und Zellen damit aufzutrennen. Dazu pumpten sie eine Mischung aus Blutzellen in einen rechteckigen Kanal mit einer Kantenlänge von 100 µm im Querschnitt. Zunächst sind die roten Blutkörperchen und die Blutplättchen noch durchmischt, auf ihrem Weg durch den Kanal wandern die roten Blutkörperchen dann aber deutlich weiter zur Kanalmitte hin als die Blutplättchen. Am Ende der Kapillare ist schließlich ein klarer Positionsunterschied der verschiedenen Zellen entstanden, der sich zur Trennung nutzen lässt.


Dass dieser Effekt nicht nur von der Größe der Zellen abhängt, sondern auch von ihrer Deformierbarkeit und Form, konnte durch die erfolgreiche Trennung von Blutplättchen und Polystyrolkugeln gleichen Durchmessers nachgewiesen werden. Diese Tatsache kann zur Diagnose von Krankheiten wie Malaria, Diabetes oder Bluthochdruck ausgenutzt werden.


Ein weiterer großer Vorteil des Trennverfahrens ist es, dass der nötige Druck im System, der die Strömung der Zellen erzeugt sehr klein ist, so dass auf technisch aufwendige Pumpen verzichtet werden kann. „Das Trennsystem ist günstig herzustellen und einfach zu bedienen, was es für die Anwendung in ressourcenarmen Gebieten wie z.B. Entwicklungsländern sehr interessant macht, erklärt Thomas Geislinger, Erstautor der Veröffentlichung. „Als Bestandteil sogenannter „Lab-on-a-Chip“-Systeme, die ganze Laboratorien auf einen einzelnen Mikrochip integrieren, ist das Trennverfahren einfach einsetzbar“.


Publication:

Separation of blood cells using hydrodynamic lift. T. M. Geislinger, B. Eggart, S. Braunmüller, L. Schmid, and T. Franke. Applied Physics Letters 100, 183701 (2012)

Contact:
PD Dr. Thomas Franke
Microfluidic Group
Experimental Physics I
University of Augsburg
Universitätsstraße 1
D-86159 Augsburg

Tel: +49 821 598 - 3312
Email: thomas.franke(at)physik.uni-augsburg.de
Homepage: www.physik.uni-augsburg.de/lehrstuehle/exp1/mitarbeiter/franke_thomas

Press release as pdf (German)

 

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