Laserverfahren: Präzises Drucken von Biomaterialien

09.08.2013
Foto: LIFT-Verfahren

Übertragung von Biomaterialien auf ein Microarray-Chip mittels LIFT-Verfah-
ren; © Fraunhofer ILT, Aachen

Am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT beschäftig sich ein interdisziplinäres Forscherteam mit einem Verfahren zur Übertragung von Biomaterialien und einer innovativen Anlagentechnik.

Nun ist es den Aachener Wissenschaftlern gelungen, auf Basis des Laser Induced Forward Transfer (LIFT)-Verfahrens eine Anlage für die medizinische und pharmazeutische Forschung herzustellen. Hauptsächlich soll das System zur selektiven Übertragung von Hydrogelen, lebenden Zellen und weiterer Biomaterialien eingesetzt werden. Die erste Prototypanlage - LIFTSYS - wurde kürzlich an die École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL geliefert.

Überall dort, wo kleinste Mengen an Material punktgenau auf Empfängerträger aufgebracht werden müssen, lässt sich das LIFT-Verfahren einsetzen. Ein breites Anwendungsgebiet ist beispielsweise die medizinische und pharmazeutische Forschung, in der Krankheiten oder Wirkstoffe in gezielt hergestellten Teststrukturen untersucht werden. Hier kommt es darauf an, das wertvolle Material selektiv und so sparsam als möglich auf einem Empfängerträger aufzubringen. Das LIFT-Verfahren ermöglicht es, eine hohe Bandbreite an Materialien, wie Glycoproteine, lebende Zellen oder Metalle, hochpräzise und ressourcenschonend zu übertragen. Aktuelle Arbeiten der Gruppe Biofertigung widmen sich der Weiterentwicklung von komplexen zellbasierten in vitro Testsystemen.

Über dem Empfängerträger befindet sich ein Glasobjektträger mit dem zu übertragenden Biomaterial auf der Unterseite und einer zwischengelagerten Absorberschicht aus Titan. Durch einen gepulsten Laserstrahl wird die Titanschicht verdampft und das Probenmaterial durch den entstehenden Vorwärtsimpuls auf den Empfängerträger übertragen. Dieses laserbasierte Verfahren kommt ohne Druckkopf aus und kann deswegen Biomaterialien wie RNS, DNS, Proteine und Zellen unabhängig von der Viskosität übertragen. Es entfallen auch die bei Druckköpfen typischen Totvolumina, wie sie beispielsweise durch Zuleitungen entstehen. Die benötigte Ausgangsmenge des wertvollen Materials sinkt drastisch. Darüber hinaus erlaubt das LIFT-Verfahren Spotgrößen von 10 µm bis 300 µm. Somit können bis zu 500.000 Proteinspots auf eine nur daumennagelgroße Fläche aufgebracht werden. Bisher war es nicht möglich, Probenmaterial mit einer solchen Präzision und Effizienz in so geringen Mengen aufzubauen.

Als Ergebnis der gerätetechnischen Entwicklung am Fraunhofer ILT entstand eine innovative fünfachsige Anlage mit Bewegungssystemen für Transfer- und Empfängerträger. Die integrierte Strahlquelle lässt sich auf die Wellenlänge 355 nm oder 1064 nm einstellen, Fokuslage, Laserleistung und Pulszahl können automatisch reguliert werden. Dadurch ist der Benutzer in der Lage, eine große Bandbreite an Substanzen, von Biomaterialien bis hin zu Metallen, mit der LIFTSYS-Anlage zu übertragen.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT