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Zellanalysen in Echtzeit mit optischem Messverfahren

Optisches Messverfahren
Zellanalysen in Echtzeit

Zellanalysen
Die Collage zeigt eine Mikroskopaufnahme des Mikrofluidik-Kanals, den Demonstrationsaufbau und den Mikrochip mit Vorsatzlinse (Bild: Tobias Neckernuß, Uni Ulm)
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Forscher entwickeln ein spezielles optisches Messverfahren, mit dem es möglich ist, in einem Medium suspendierte Zellen in Echtzeit zu analysieren. Hierfür werden die Zellen durch Mikrokanäle an einem optischen Halbleiter-Sensor vorbeigeleitet.

Zellanalysen gibt es bereits heute. Dafür wird bisher die so genannte optische Deformationszytometrie eingesetzt – ein Verfahren, bei dem jede einzelne Zelle mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen wird. Im Gegensatz dazu ist das neu entwickelte Verfahren schneller und kostengünstiger. „Relevant für unser Verfahren sind allein die Unterschiede zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern. Mit Hilfe eines speziellen Auswertungsalgorithmus können wir dann die Form, Fließgeschwindigkeit und Morphologie der Zelle bestimmen“, erklärt Tobias Neckernuß, der gemeinsam mit seinem Kollegen Daniel Geiger am Institut für experimentelle Physik der Universität Ulm promoviert und das Verfahren entwickelt hat.

Nach Analyse zurück zum Patienten

„Der große Vorteil der neuen Technik ist, dass die dabei anfallenden Datenmengen viel geringer sind und damit sogar die Echtzeitauswertung hunderter Zellen pro Sekunde möglich ist“, erläutert Geiger. Das Verfahren kommt ohne biochemische Färbeprozesse aus. „Bei Bedarf sollen zukünftig auch einzelne Zellen zur Analyse aussortiert werden, beispielsweise um sie später per Infusion in den Blutkreislauf eines Patienten zurückzuführen“, hoffen die Forscher, die das neue Verfahren 2016 über die Universität zum Patent angemeldet haben.
Vielversprechend ist die Neuentwicklung auch im Hinblick auf die Analyse von mechanischen Zelleigenschaften, was insbesondere für die Krebsforschung und -diagnose eine wichtige Rolle spielen könnte. Zwar sind hierfür Mikrokanäle mit einer speziellen Form erforderlich, die schnelle Umsetzung in die Praxis sollte aber kein Problem sein. Denn auch die Expertise zur Herstellung dieser speziellen Kanäle ist am Institut bereits vorhanden.

Auch für andere Anwendungen denkbar

Mit der neuen Technologie können alle möglichen Teilchen analysiert werden, die mit hoher Geschwindigkeit am Sensor vorbeifließen. „Interessant könnte diese Technologie auch für die Partikeldetektion in unterschiedlichen Umgebungen sein; beispielsweise in Reinräumen, auf sensiblen Oberflächen oder etwa in Maschinen“, so Geiger.
Auf der Nürnberger Fachmesse „Sensor+Test“ zeigten die jungen Wissenschaftler ein eigens angefertigtes anschauliches Modell im vergrößerten Maßstab, das den Besuchern die Funktionsweise des optischen Messverfahrens vor Augen führen sollte. Ein echter Hingucker waren dabei die gelben Plastikentchen, die in einer schmalen Wasserbahn an einem speziell gefertigten Sensormodell vorbei schwammen.
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