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Entwicklung eines mikrofluidischen Kultivierungssystems mit integriertem, künstlichen Blutgefäß aus Kollagen für die Anwendung im Tissue Engineering

  • Eine erfolgreiche Kultivierung von Zellen kann nur unter idealen, wachstumsfördernden Bedingungen durchgeführt werden. Bei der konventionellen Zellkultivierung mittels Petrischalen oder Multiwelplatten sind kontrollierte, reproduzierbare Untersuchungen der Zellreaktionen an dreidimensionalen Zellgewebe unter physiologischen Bedingungen mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden und somit nicht möglich. Als Lösung bieten spezielle Zellkultivierungssysteme eine optimale Zellumgebung. Ein neuer Ansatz des Zellkultivierungssystems zielt auf die Integration von künstlichen Blutgefäßen aus kollagenem Material, die eine physiologische Nährstoffversorgung anliegender 3D-Zellstrukturen simulieren. Ziel dieser Arbeit ist die Konzeption und Realisierung des Prototyps eines perfundierbaren, mikrofluidischen Zellkultivierungssystems mit integriertem, künstlichen Blutgefäß aus Kollagen für die Anwendung im Tissue Engineering. Durch zwei- und dreidimensionale Modellierung konnte ein Zellkultivierungssystem konzeptioniert werden, welches die Möglichkeit einer modularen Erweiterung bietet. Das Design ist speziell an die Integration von künstlichen, kollagenen Blutgefäßen angepasst. Des Weiteren wurde das Modell in mehreren Schritten durch die zerspanende CNC-Fertigungstechnik erstellt. Durch ihre hohe Maßgenauigkeit bewährt sich die CNC-Frästechnik zur Herstellung von Prototypen. Bei der Entwicklung wurde besonderes Augenmerk auf die Zellverträglichkeit, Steriliserbarkeit und chemische Beständigkeit der Werkstoffe gelegt. Dabei erwies sich Polycarbonat als geeignetes Material für die Herstellung eines mikrofluidischen Systems. Bei der Funktionsprüfung wurde der Schwerpunkt auf die Integration des künstlichen Gefäßes gelegt. Außerdem waren die Strömungseigenschaften und der Sauerstoffgehalt innerhalb des Systems Inhalt des Entwicklungsprozesses. Die experimentellen Untersuchungen zeigten, dass eine ausreichende Sauerstoffversorgung innerhalb der Kulturkammer möglich ist. Die Modularität wird durch ein LEGO®-kompatibles Design erreicht, das eine anwendungsfreundliche Umstrukturierung mikrofluidischer Moduleinheiten erlaubt. In diesem Projekt konnte durch das mikrofluidische Kultivierungssystem ein geschlossener Fluidkreislauf mit integriertem Kollagengefäß und 3D-Scaffold kreiert werden. Die annähernd physiologischen Oberflächeneigenschaften der Gefäßinnenwand und die ausreichende Sauerstoffversorgung ermöglichen das Ansiedeln von Endothelzellen im künstlichen Blutgefäß.

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Metadaten
Author:Saskia Dorow
Advisor:Ina Prade, Ralf Hinderer
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Name:Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH
Meißner Ring 1-5, 09599 Freiberg
Date of Publication (online):2021/03/26
Year of first Publication:2021
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Release Date:2021/05/09
Tag:Collagen; Tissue Engineering; Zellkultivierungssystem; mikrofluidisches System
Page Number:82
Note:
Volltext gesperrt
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik