Ortsselektives, präzises Laserdrucken von Biomaterialien und Zellen

Riester, Dominik; Kelbassa, Ingomar; Poprawe, Reinhart; Fischer, Horst

doi:HT018628773

Ortsselektives, präzises Laserdrucken von Biomaterialien und Zellen = Selective and precise laser printing of biomaterials and cells

Riester, Dominik

2015

VerantwortlichkeitsangabeDominik Riester

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Apprimus-Verl. 2015

UmfangIII, 113 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-86359-313-1

ReiheErgebnisse aus der Lasertechnik

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University.

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Poprawe, Reinhart (Thesis advisor) ; Fischer, Horst (Thesis advisor) ; Kelbassa, Ingomar (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-12-04

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-019180
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/466115/files/466115.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/466115/files/466115.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl für Lasertechnik (418710)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; LIFT (frei) ; Laser (frei) ; Laserdruck (frei) ; Laserinduzierter Vorwärtstransfer (frei) ; Zelldruck (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Ziel der Arbeit ist, eine Anlage für laserinduzierten Vorwärtstransfer (LIFT) zu konzeptionieren und aufzubauen und zu testen mit der entweder High Throughput- (HTS) oder High Content Screening- (HCS) Testsysteme hergestellt werden können. Für ein LIFT-System zur Herstellung von HTS-Microarrays wird ein glavanometrischer Scanner eingesetzt. Dadurch eignet sich das Verfahren um schnell und einfach eine große Anzahl an Tropfen zu übertragen. Die reproduzierbaren Überträge werden eingesetzt, um gezielt Microarrays herzustellen. Auch wässrige Lösungen können schnell verarbeitet werden und somit werden prozessbedingte negative Eigenschaften minimiert, wie das Austrocknen einer Transferschicht. Um HCS-Testsysteme herzustellen sollen Zellen gezielt angeordnet, um für weiterführende Untersuchungen einsetzbar zu sein. Hierfür ist eine Anlage konzipiert worden, die eine Untersuchung der Transferschicht vor dem LIFT-Verfahren zulässt. Anhand des Übertrags von Partikeln aus Polystyrol wird der Prozess zunächst etabliert. Zur näheren Charakterisierung des LIFT-Vorgangs wird die Lage der Partikel für verschiedene Fluenzen und örtlichen Intensitätsverteilungen der Laserstrahlung untersucht. Durch einen nicht gaußförmigen Laserstrahlfokus werden die Partikel beim Übertrag in eine Vorzugsrichtung abgelenkt. Im unteren Fluenzbereich des Mikrostrahls werden die Partikel innerhalb des Tropfens stark gestreut. Bei mittleren Fluenzen ist die Partikellage näher am Tropfenmittelpunkt und die Ablenkung erfolgt in eine definierte Richtung. Wird die Fluenz weiter erhöht, so nimmt die Streuung der übertragenen Partikel innerhalb des Tropfens wieder zu. Bei örtlicher Modulation der Strahlintensität wird festgestellt, dass insbesondere „Tophat“-förmige Intensitätsverteilungen eine gute Positioniergenauigkeit zulassen.Die Ergebnisse aus den Partikeltransfers werden auf den Übertrag von einzelnen Zellen angewendet. Für den Übertrag von Zellen aus einem Einschichtsystem aus Matrigel und Gelatine lassen sich gezielt einzelne Zellen transferieren. Die Zellen werden bei zunehmender Leistung im Prozessfenster stärker geschädigt. Um die übertragenen Zellen weniger zu schädigen, wird die Transferschicht als ein Zweischichtsystem aufgebaut. Hier können mit verschiedenen Zelltypen erfolgreich einzelne vitale, proliferierende Zellen übertragen und in Mustern angeordnet werden.

Aim of this thesis is to conceptualize a system for laser induced forward transfer (LIFT) either for high throughput (HTS) or for high content screening (HCS) applications. For the LIFT-system designated for HTS-microarray production a galvanometric scanner is used. This results in a fast process that allows the transfer of a large number of droplets in an easy manner. The reproducible transfers can be used to generate microarrays for different diagnostic purposes.Different Cells have to be arranged in a specific layout and stoichiometry for the fabrication of HCS-test systems. Hence a second LIFT-system is designed that allows the investigation of the transfer layer before the actual transfer takes place. Therefore single identified objects can be transferred onto a receiver substrate. This function is tested by transferring polystyrol particles. After single particle transfer their relative position within the droplet is analyzed depending on the laser fluence and the spatial beam shape. When a non-symmetric beam shape is used it can be seen that the particles are directed into a preferred direction. Biggest deviation from a defined position of the particles can be observed for low and high fluences. The highest position accuracy can be observed for medium range laser fluences. In regard to the influence of the beam shape a higher accuracy of tophat-like compared to donut or gaussian beam shape can be observed.The results from the particle transfers are applied to the transfer of individual cells. Single cells can be easily selected from matrigel or gelatin based transfer layers. But the cells are damaged with increasing laser fluence. When a different approach for the transfer layer is applied - a two-layered transfer layer of gelatin with cell culture medium - cell damage can be prevented. Cells can therefore be transferred in a highly defined manner and are arranged in arbitrary patterns.

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