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Mikrosysteme in Biologie und Medizin

Auge, Gehör, smart pills, etc..

Auge, Gehör, smart pills, etc..

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J. A.
Lernen
J. A.
Diese Lernkarten bieten einen universitären Einblick in die Technologie von Mikrosystemen, insbesondere in der Biologie und Medizin. Sie behandeln Themen wie die Anwendung magnetischer Partikel, superparamagnetische Partikel, Nanopartikel und deren Eigenschaften sowie Probleme und Lösungen bei der Detektion und Bindung von Wirkstoffen. Die Karteikarten umfassen auch Durchflusszytometrie, Mikrofluidik und verschiedene Implantate wie Cochlea-Implantate und Netzhautimplantate. Diese Lernkarten sind ideal für Studierende und Forscher, die sich mit der Entwicklung und Anwendung von Mikrosystemen in der Medizin vertiefen möchten.
Karten
24
Lernende
2
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
11.10.2015 / 24.01.2022
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Lernkarten

Interneuronen

Erste Verarbeitung der erzeugten Impulse

Ganglienzellen

leiten verarbeitete Info an die nächste Schaltstelle außerhalb der Netzhaut weiter.

Netzhaut

mehrschichtiges, spezialisiertes Gewebe
Umwandlung einfallendes Licht in Nervenimpulse

--> Projektionsfläche für Abbildung unserer Umgebung und leitet die von Lichtreize hervorgerufenen Erregungen weiter an Hirnregion

Epiretinales Implantat

  • Implantation auf Netzhaut
  • keine Lichtsensitive Flächen
  • elktr. Signale über eine Kamera mit integr. Rechner
  • drahhtlose übertragung an implantiertes Elektroden Array
  • Stimulation der Ganglienzellen  über Elektroden
  • relativ schlechtes Bild

Subretinales Implantat

  • zwischen Netz - und Aderhaut
  • ersetzt nur Zapfen und Stäbchen durch speziell entw. Mikrophotodioden
  • Licht fällt auf Chip der in Spannungsimpulse umgewandelt wird und an Ganglienzellen weitereleitet wird
  • theor. effektiv aber schwer zu handhaben

Cortisches Organ

Schnittstelle zw den akust. mech Schwingungen und den Nervensignalen in der Cochlea
--> Träger der Sensorzellen im Innenohr

Sensorzellen

äußere Haarzellen: verbunden mit Tektorialmembran und modellieren die Empfindlichkeit

innere HZ: erzeugen gehörte Signale

Tonotropie Prinzip

Tonfrequenz einem Ortsfilter zugeordnet

Cochlea Implantat

externe Komponenten:
Sprachprozessor, Headset und Sendespule

interne Komponenten:
Elektronik, Elektroden und Empfangsspule


 

Elektrode mit Stilett

Halbband Elektrodenträger mit abgestuftem Durchmesser

  • bessere Verständlichkeit
  • gezielte Reizung von Nervenfasern
  • Sinnvolle und geeignete Signal-Codierungsstrateien
  • Bestmögl. Anpassung an Signalparameter (Lautheit, Tonhöhe, Klangfarbe)

3 Kodierungsstrategien

  • SPEAK: -Viele Kanäle
                   - geringe Rate pro Kanal
                   -  betont spektrale Signalform
  • CIS:  - wenig Kanäle
             - hohe Rate pro Kanal
             - betont zeitl. Signalform
  • ACE : -viele Kanäle
               - hohe Rate pro Kanal

generelles zu Mikrofluidik

  • Kanalgröße 1-1000 mikrom
  • immer laminale Strömung
  • extrem hohes Oberflächen Vol. Verhältnis
  • geringe Durchflussrate
  • schneller Stoffaustausch bzw transport
  • Gravitation spielt keine Rolle
  • Empfindlichkeit bzgl. Fremdkörper

Herstellung PDMS

  1. Auf Silikonwafer kommt eine Maske die mit UV licht bestrahlt wird
  2. Auf positiv relief -- > Silanisierung mit PDMS
  3. getrocknetes PDMS auf Glascoverslip

Tropfenform

  • kanalstrom
  • Flußrate
  • Oberfläche
  • Medien

Durchflusszytometrie

  • Zellvermessung
  • Suspendierte Einzelzellen in mikroF Kanal
  • passieren Laserstrahl
  • Eigenschaftsabhängige optische Signale (native Eigenschaften, Markierungen)

Zelleigenschaften

  • Größe
  • Granularität
  • Oberflächenproteine
  • DNA/RNA-Gehalt
  • Aktivierung
  • Viabilität

SPR Detektion Eigenschaften und VT

Eigenschaften:

  • SPR misst Brechungsindex nahe der Oberfläche
  • Alle Biomoleküle haben einen vom Wasser abweichenden Brechungsindex
  • Brechungsindex stark temp. Abhängig
  • limitierender Faktor bzgl Empfindlichkeit

Vorteil:

  • Keine Trennung von gebundenen oder ungebundene Moleküle notwendig
  • Erlaubt Echtzeitmessung zur ermittlung kinetischer Daten
  • Keine Markierung z.B Fluoreszenz, notwendig

Assay Ablauf SPR

  • Konditionierung
  • Aktivierung
  • Immobilisierung
  • Blocken
  • Spülen

--> Analyse: Messen -> Regenerieren

ELISA Probleme und VT

Probleme: 

  • langsam
  • schwach gebundene AK werden während der Durchführung weggespült und werden nicht detektiert
  • keine Bestimmung von Bindungskinetik

VT:

  • einfache  Technik
  • Hohe empfindlichkeit

Falsch positives Ergebnis

  • Durch nichtspez. Bindung von Proteinen an den Wirkstoff auf Chip

Maßnahme:

  • Kurve im Sensorgramm wie AK?
  • Wirkstoff nach Plasma zgeben --> Signal geht hoch --> wahr positiv
  • ADAs mittels ANti Ig-X markieren --> Signal geht hoch --> wahr positiv
  • Wirkstoff zu Plasma zugeben --> Signal erschwindet--> wahr positiv

Falsch negatives Ergebnis

Entsteht, indem Wirkstoff im Plasma ADAs bindet, die dann nicht mehr auf Wirkstoff auf dem Chip binden können!

Maßnahmen: 

  • Dissotiation des Komplexes
  • Überschuss an Wirkstoff kann die Bindung  von ADA an die Oberfläche verhindern
  • Ansäuerung und Neutralisation machen den Test tolerant

Nanopartikel

  • monodispers
  • Funktional
    Optik
    Magnetismus
    Elektronik
    Chemie, Bio --> Toxizität
  • synthetisch
    def. Zsmsetzung
    def. Struktur

superparamagnetische partikel

  • Aggregierendurch ein externes Magnetfeld
  • keine aggregation nach entfernen des magn. Feldes
  • sind leicht resuspendierbar

Anwendung magn. Partikel

  • Proteinaufreinigung
    spez. Bindung der Probe an Partikel
  • Zellseparation
    mittels AK an Zellen anhaftende Partikel
  • Biosensorik
    Elektronische Detektion der magn. Eigenschaft bei Aggregation/immobilisierung durch Biomoleküle

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