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Do-it-Yourself-Zellkulturträger aus Hydrogel

Neues photolithographisches Verfahren für photodegradierbare Hydrogele erzeugt individuelle mikrostrukturierte Zellkulturträger für Suspensionskulturen.

Die Form und Größe der Mikroarrays und Mikrokavitäten ist anhand der UV-Strukturierung des photodegradierbaren Hydrogels individualisierbar. (Bild: Dr. Pavel Levkin / KIT)

Hydrogele werden aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften, ähnlich dem menschlichen Gewebe, für die Zellkultivierung eingesetzt. Die typische geleeartige Konsistenz resultiert aus dem hohen Wasseranteil des polymeren Netzwerks. Hydrogele bieten bessere Individualisierungsmöglichkeiten und stellen für Zellen eine natürlichere Umgebung dar als klassische Mikrotiterplatten.

Stand der Technik

Hydrogele für die Zellkultur werden bislang mit softlithographischen Methoden gefertigt. Hierbei wird eine Negativ-Form erstellt, die die Lochgrößen und -volumina der späteren Mikrokavitäten definiert. In der wiederverwendbaren Masterform wird dann das Hydrogel abgeformt: Die Ausgangsmaterialien werden eingegossen, die Polymerisation initiiert und das Hydrogel geliert.

Technologie

Mit einem photolithographischen Verfahren für photodegradierbares Hydrogel liefern Wissenschaftler des Instituts für Toxikologie und Genetik (ITG) am KIT eine flexiblere Herstellungstechnik. Anstelle von Formguss werden Fotomasken in einem Belichtungsverfahren zur Strukturierung eingesetzt. Die Fotomaske aus Quarzglas bildet geplante Kanäle oder Vertiefungen mit einer Auflösung von bis zu 50 Mikrometern anhand eines Musters aus geschlossenen und offenen Bereichen ab. Ein meist blockförmiger Hydrogel-Rohling, der aus kommerziell erhältlichen Chemikalien (z.B. Polymethacrylate) und Fotokatalysator unter UV-Licht oder mit einem Redoxinitiator polymerisiert wurde, wird mit darauf liegender Fotomaske erneut bestrahlt. An den lichtdurchlässigen Stellen kommen die UV-Strahlen durch, sodass sich die Netzstrukturen des Hydrogels lokal auflösen und verflüssigen. Nach dem Abspülen bleiben die maßgefertigten Wells für die Parallelisierung von Suspensionskulturen zurück.

Vorteile

Das entwickelte, kostengünstige Verfahren ermöglicht die schnelle und direkte Strukturierung von photochemisch abbaubaren Hydrogelen und kommt ohne zusätzliche fotolabile Chemikalien für den Abbau aus. Mit einfachem Wechsel der Fotomasken sind beliebige Geometrien produzierbar. Über Bestrahlungszeit und -intensität kann die Degradierungstiefe kontrolliert werden. Gegenüber bestehenden Methoden ist das Verfahren ohne Spezialwissen in der Polymerchemie anwendbar.

Optionen für Unternehmen

Am Institut wurden die Hydrogelarrays in Zelltests erprobt. Aufgrund der simplen Handhabung wäre der Vertrieb als Hydrogel-Kit mit Standard-Fotomaske denkbar. Das KIT sucht Partner zur industriellen Nutzung und für Forschungskooperationen.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dagmar Vössing, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Leitung Technologietransfer, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25582

E-Mail: dagmar.voessing@kit.edu

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