Piezokeramische Komponenten für eine zuverlässige Zellsortierung

Die Zellsortierung ist ein zentrales Verfahren in der modernen Medizin mit vielfältigen Anwendungen in der Medizintechnik und Biotechnologie sowie in der Forschung. Sie dient als Instrument zur detaillierten Untersuchung spezifischer Zelltypen und ihrer komplexen Funktionalitäten anhand von Größe, Form und vorheriger Markierung mit Fluoreszenzfarbstoffen. Sogenannte Durchflusszytometer werden zur kontinuierlichen Zellanalyse in mikrofluidischen Kanälen eingesetzt und sind in der Regel mit einer nachgeschalteten Sortierfunktion gekoppelt. Diese Technik ermöglicht die selektive Anreicherung spezifischer Zellarten aus heterogenen Zellpopulationen wie Blut- oder Gewebeproben. Piezokeramische Komponenten bilden das Herzstück dieser innovativen Technologie, wobei zwei Verfahren unterschieden werden:

Piezokeramische >> Biegewandler oder Stapelaktoren ermöglichen die Sortierung von Zellen oder Partikeln mittels hochdynamischer, piezoelektrisch erzeugter Druckimpulse. Beispielsweise kann eine Biegemembran diese Impulse auf eine Flüssigkeit in den Kanälen eines Lab-on-a-Chip-Systems übertragen und dadurch die individuelle Fließrichtung der Partikel steuern. Sehr hohe Sortierraten können durch Systeme mit >> piezoelektrischen Stapelaktoren erzielt werden. Diese Aktoren drücken auf eine Membran, um den hydrodynamischen Sortierimpuls auszulösen. Arrays solcher Aktoren ermöglichen komplexe Sortierdesigns mit mehreren Kanälen.

Zellen können berührungsfrei anhand ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften wie Größe oder Dichte über beispielsweise stehende akustische Wellen akustophoretisch sortiert werden. Diese Wellen werden durch piezoelektrische Wandler erzeugt und bewirken, dass die Zellen unterschiedlich auf Druckänderungen reagieren, so dass eine kontinuierliche mikrofluidische Sortierfunktion entsteht. Sogenannte akustische Pinzetten nutzen Schallwellen, um die Position und Bewegung von Partikeln oder Zellen gezielt zu steuern, indem akustische Druckknoten kontrolliert bewegt werden. Diese Technologie wird vor allem eingesetzt, um einzelne, mikroskopisch kleine Objekte ohne direkten Kontakt gezielt zu bewegen.