Effiziente Separation von Mikroalgen durch Dielektrophorese in einer mikrofluidischen Durchflusszelle:
Makroalgen sind eine wertvolle Quelle für mehrfach ungesättigte Fettsäuren, die in verschiedenen biotechnologischen Bereichen wie Pharmazeutika und Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt werden. Die Trennung von Mikroalgenzellen auf der Grundlage ihres Lipidgehalts könnte für analytische Techniken und die Stammselektion von Bedeutung sein.
In einer Studie, die von Forschern des Leibniz-Instituts für Innovative Mikroelektronik und der Technischen Universität Berlin durchgeführt wurde, wird ein elektrischer Ansatz für die Trennung der lipidproduzierenden Mikroalge Crypthecodinium cohnii unter Verwendung der Dielektrophorese (DEP) untersucht. Der experimentelle Aufbau umfasst eine mikrofluidische Durchflusszelle mit integrierten Top-Bottom-Elektroden, die von GeSiM zur Verfügung gestellt wurde. Der einzelne mikrofluidische Kanal (500 µm Breite, 40 µm Höhe) ermöglichte es der Zellsuspension, zwischen den Elektroden zu fließen. Wenn ein elektrisches Wechselstromsignal angelegt wird, wirkt die DEP-Kraft auf die Zellen, lenkt sie von ihrem ursprünglichen Weg ab und ändert ihre Flussrichtung.
Während der 8-tägigen Kultivierung wurde das Zellwachstum anhand der optischen Dichte und das Zelltrockengewicht, die Glukosekonzentration und der Lipidgehalt durch Fluoreszenzmikroskopie charakterisiert. Die Größenverteilung der Zellen während der Kultivierung wurde eingehend untersucht, da die DEP-Kraft eine Funktion des Zellvolumens ist, aber auch über elektrophysiologische Konstanten der Zellen vom Lipidgehalt abhängt.
Trotz der Herausforderung, solche Trennungseffekte zu generieren, wurde eine effiziente DEP-basierte Trennung erreicht. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die Dielektrophorese (DEP) Zellen auf der Grundlage von Größe und elektrischen Eigenschaften, die mit dem Lipidgehalt korrelieren, effektiv trennt. Während die DEP in nachgelagerten Prozessen aufgrund des geringen Volumenumsatzes eingeschränkt ist, kann sie heterogene Bioproduzentenpopulationen charakterisieren und bei der Stammauswahl helfen. Die nicht-invasive Natur der DEP ermöglicht eine lebensfähige Zelltrennung, so dass sie für die Handhabung kleiner, wertvoller Zellmengen geeignet ist und voraussichtlich eine breite Anwendung in der Bioprozesstechnik finden wird.
GeSiM freut sich, an einem so breiten Spektrum von Anwendungen mitzuarbeiten und unser Fachwissen zur Förderung der biotechnologischen Forschung und Entwicklung einzusetzen.
Teil von Abb. 6.: Schematische Darstellung des mikrofluidischen Aufbaus, der für die Trennung von C. cohnii durch DEP verwendet wird. Der Aufbau besteht aus einer mikrofluidischen Durchflusszelle (schwarze Plattform), zwei Spritzenpumpen (Einlass und Auslass), einer Leiterplatte und einem Frequenzgenerator. Die Schläuche zwischen den Spritzenpumpen und der mikrofluidischen Durchflusszelle sind durch hellblaue Linien symbolisiert, und die Kabel für die Übertragung des DEP-Signals sind durch schwarze Linien gekennzeichnet. Die vergrößerte Ansicht zeigt das Verhalten der Zellen aufgrund des DEP-Feldes, bei dem Zellen mit hohem Lipidgehalt (blaue Farbe) am Rand der Elektroden abgestoßen werden, während Zellen mit niedrigem Lipidgehalt (rote Farbe) die obere und untere Elektrodenstruktur passieren.
Dieser Artikel basiert auf folgender Publikation:
Birkholz M, Malti DE, Hartmann S and Neubauer P. Separation of Heterotrophic Microalgae Crypthecodinium cohnii by Dielectrophoresis. Front. Bioeng. Biotechnol. 2022, 10. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.855035
