WO2025061631A1

WO2025061631A1 - Mikrosystembauelement

Info

Publication number: WO2025061631A1
Application number: PCT/EP2024/075816
Authority: WO
Inventors: Daybith Venegas-Rojas; Hoc Khiem Trieu; Manfred Jücker
Original assignee: Technische Universitaet Hamburg Harburg; Universitatsklinikum Hamburg Eppendorf; Universitaet Hamburg
Current assignee: Technische Universitaet Hamburg Harburg; Universitatsklinikum Hamburg Eppendorf; Universitaet Hamburg
Priority date: 2023-09-19
Filing date: 2024-09-16
Publication date: 2025-03-27
Anticipated expiration: 2026-03-19
Also published as: DE102023125347B3

Abstract

Ein Mikrosystembauelement (1) wird beschrieben mit einem Substrat (2, 3), das eine Aufnahmekammer (9), eine zur Aufnahmekammer (9) führende Einführungsöffnung (7) und einen Perfusionskanal (4) aufweist. Der Perfusionskanal (4) ist kommunizierend mit der Aufnahmekammer (9) verbunden und hat einen Einlass (5) und einen Auslass (6). Die Aufnahmekammer (9) ist in dem Perfusionskanal (4) angeordnet und durch eine perforierte Wand (10) umgrenzt. Die Einführungsöffnung (7) mündet in die durch die perforierte Wand (10) umgrenzte Aufnahmekammer (9) ein und die perforierte Wand (10) umgibt die Einführungsöffnung (7), wobei sich die perforierte Wand (10) ausgehend von dem an die Einführungsöffnung (7) angrenzenden Wandbereich des Perfusionskanals (4) in den Perfusionskanal (4) zu dem der Einführungsöffnung (7) gegenüberliegenden Wandbereich hin erstreckt und die durch die perforierte Wand (10) abgegrenzte Aufnahmekammer (9) vvoonn mindestens einer benachbarten Innenwand des Perfusionskanals (4) beabstandet ist. Der Querschnitt des Perfusionskanals (4) ist im Bereich der Aufnahmekammer (9) nicht vollständig durch die mit der perforierten Wand (10) umgrenzten Aufnahmekammer (9) eingenommen, so dass die perforierte Wand (10) von einem in Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals (4) vom Einlass (5) zum Auslass (6) strömenden Fluid angeströmt wird und ein Teilstrom eines durch den Perfusionskanal (4) strömenden Fluids durch die Aufnahmekammer (9) strömt und ein anderer Bypass-Teilstrom an der Aufnahmekammer (9) vorbeiströmt.

Description

Mikrosystembauelement

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Mikrosystembauelement mit einem Substrat, das eine Aufnahmekammer, eine zur Aufnahmekammer führende Einführungsöffnung und einen Perfusionskanal aufweist, wobei der Perfusionskanal kommunizierend mit der Aufnahmekammer verbunden ist und einen Einlass und einen Auslass hat, und wobei die Aufnahmekammer in dem Perfusionskanal angeordnet und durch eine perforierte Wand umgrenzt ist.

Die Untersuchung von Proben, wie beispielsweise von Zellkulturen, kann mit mikrofluiden Mikrosystembauelementen erfolgen. Diese werden als mikrofluide Chips bereitgestellt, die eine effiziente automatisierte in-vitro Untersuchung mit sehr geringen Probenmengen ermöglichen. Durch die im Vergleich zu In-vitro-Assays im Well-Format reduzierten Analyseflächen im Chip ist ein geringerer Probeneinsatz notwendig und die Zellkultur lässt sich durch Zufuhr von Nährstoffen kontrolliert versorgen und durch Einleiten von Wirkstoffen beeinflussen, wobei die Effekte in Echtzeit untersuchbar sind.

Trujillo-de Santiago, G. et al.: „The Tumor-on-Chip: Recent Advances in the Development of Microfluidic Systems to Recapitulate the Physiology of Solid Tumors“, in: Materials 2019, 12, 2945 gibt einen Überblick über bestehende mikrofluide Mikrosystembauelemente sowie ihre Strömungsdynamiken. CA 3 031 439 A1 offenbart ein mikrofluides Organ-on-Chip Bauelement mit Mikrokanälen, neben denen eine durch eine Membran, eine Säulenstruktur oder Matrixoberflächen abgegrenzte Aufnahmekammer angeordnet ist. Die Aufnahmekammer kann neben zwei parallelen Mikrokanälen angeordnet sein. Ein konvektiver Flüssigkeitsaustausch bzw. ein Durchströmen einer Zellkultur wird durch die Anordnungen der Fluideinlässe und die Perfusionskammer erzwungen, wobei Druckstöße und ungleichmäßige Strömungsbedingungen auftreten können.

Toh, Y.-C. et al.: „A microfluidic 3D hepatocyte chip for drug toxicity testing“, in: Lab Chip, 2009, 9, 2026-2035 offenbart ein Mikrosystembauelement mit mikrofluiden Kanälen, die parallel zueinander an einen gemeinsamen Einlass und Auslass angeschlossen sind. In den Kanälen sind Zellkulturkammern durch Mikropfosten abgegrenzt, die über eine Einführungsöffnung zum Einführen der Zellkultur zugänglich sind. Die Zellkulturkammern erstrecken sich über die Länge der Perfusionskanäle, wobei das durch die Perfusionskanäle geleitete Fluid, welches bspw. Nährstoffe und/oder Wirkstoffe enthalten kann, an der Zellkulturkammer vorbeiströmt und die Nähr- und/oder Wirkstoffe nur durch Diffusion in die Zellkulturkammer eindringen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein insbesondere hinsichtlich der Druck- und Strömungsbedingungen in der Aufnahmekammer verbessertes Mikrosystembauelement zu schaffen.

Die Aufgabe wird mit dem Mikrosystembauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Es wird vorgeschlagen, dass die Einführungsöffnung in die durch die perforierte Wand umgrenzte Aufnahmekammer einmündet und die perforierte Wand die Einführungsöffnung umgibt, wobei sich die perforierte Wand ausgehend von dem an die Einführungsöffnung angrenzenden Wandbereich des Perfusionskanals in den Perfusionskanal zu dem der Einführungsöffnung gegenüberliegenden Wandbereich hin erstreckt und die durch die perforierte Wand abgegrenzte Aufnahmekammer von mindestens einer benachbarten Innenwand des Perfusionskanals beabstandet ist, wobei der Querschnitt des Perfusionskanals im Bereich der Aufnahmekammer nicht vollständig durch die mit der perforierten Wand umgrenzten Aufnahmekammer eingenommen ist, so dass die perforierte Wand von einem in Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals vom Einlass zum Auslass strömenden Fluid angeströmt wird und ein Teilstrom eines durch den Perfusionskanal strömenden Fluids durch die Aufnahmekammer strömt und ein anderer Bypass-Teilstrom an der Aufnahmekammer vorbeiströmt

Eine Probe, wie bspw. eine Zellkultur, kann damit über die Einführöffnung quer zur Strömungsrichtung des Perfusionskanals in die dort mit einer perforierten Wand abgegrenzte Aufnahmekammer eingebracht werden. Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Einführöffnung so, dass sich die Probe zumindest im Anfangsstadium in Form eines tropfenförmigen, dreidimensionalen Gebildes an der Ausmündung der Einführöffnung in die Aufnahmekammer halten kann, z. B. durch Kapillarkräfte. Die Proben-Einführöffnung kann sich auf die Einmündung in den Perfusionskanal beschränken oder als Probeneinführungskanal ausgeführt sein, der sich von einem Probeneinlass in die Einmündung zum Perfusionskanal erstreckt.

Das durch den Perfusionskanal strömende Fluid strömt auf die im Strömungsweg angeordnete perforierte Wand sowie in einem Bypass-Teilstrom beispielsweise bei Betrachtung des Perfusionskanals mit vertikaler Ausrichtung der Probeneinführungsrichtung und horizontaler Strömungsrichtung von der Einführungsöffnung gesehen unterhalb der Aufnahmekammer vorbei. Dabei ist die durch die perforierte Wand abgegrenzte Aufnahmekammer im Abstand zu dem der Einführungsöffnung gegenüberliegenden Wandbereich angeordnet.

Denkbar ist auch eine Variante, bei der die perforierte Wand mindestens eine Ebene quer zur Probeneinführungsrichtung der Einführungsöffnung und quer zur Strömungsrichtung bzw. Erstreckungsrichtung des Perfusionskanals aufspannt und der Bypass bei Betrachtung des Perfusionskanals mit horizontaler Ausrichtung der Probeneinführungsrichtung und Strömungsrichtung oberhalb und/oder unterhalb des mindestens einen die Aufnahmekammer begrenzenden horizontalen perforierten Wandabschnitts gebildet wird. Dann ist die durch die perforierte Wand abgegrenzte Aufnahmekammer mit dem sich von dem an die Einführungsöffnung angrenzenden Wandbereich des Perfusionskanals erstreckenden Wandabschnitt der perforierten Wand im Abstand zu der benachbarten, in der Regel parallelen Innenwand des Perfusionskanals angeordnet.

Bei der Variante kann die Aufnahmekammer einerseits durch eine obere oder untere Innenwand des Perfusionskanals und andererseits durch eine davon beanstandete perforierte Wand begrenzt sein, die wiederum von der anderen Innenwand des Perfusionskanals, die der die Aufnahmekammer begrenzenden oberen oder unteren Innenwand gegenüberliegt, beabstandet ist, um in diesem Zwischenraum den Bypass zu bilden. Denkbar ist aber auch eine Variante, bei der eine obere perforierte Wand und eine untere perforierte Wand zur Abgrenzung der Aufnahmekammer vorhanden ist, wobei die obere perforierte Wand unter Belassung eines Bypass-Zwischenraums benachbart zur oberen Innenwand des Perfusionskanals und die untere perforierte Wand unter Belassung eines Bypass-Zwischenraums benachbart zur unteren Innenwand des Perfusionskanals angeordnet ist.

Damit wird erreicht, dass die Aufnahmekammer einerseits mit dem Fluid durchströmt wird und andererseits durch den Bypass die Strömungsverhältnisse in der Aufnahmekammer kontrolliert werden. Damit können die Strömungseinflüsse in der Aufnahmekammer z. B. reduziert und gleichzeitig eine bedarfsweise hinreichende Strömung sichergestellt werden.

Die Aufnahmekammer steht damit nicht vollständig im Strömungsweg des Perfusionskanal und ist dabei den gesamten Druck- und Strömungseinflüssen des Fluids ausgesetzt. Sie ist andererseits aber auch nicht einfach parallel zu dem Strömungsweg des Perfusionskanals angeordnet und dadurch nur entlang der Aufnahmekammer seitlich angeströmt. Vielmehr steht die Aufnahmekammer zwar im Strömungsweg des Perfusionskanals und wird vom Einlass zum Auslass in Strömungsrichtung bzw. Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals gesehen angeströmt und mit dem Fluid durchströmt. Dabei wirkt aber nur ein Teilstrom des durch den Perfusionskanal strömenden Fluids auf die Aufnahmekammer und ein anderer Bypass-Teilstrom kann an der Aufnahmekammer vorbeiströmen, um damit die bei der Durchströmung auf die Probe einwirkenden Scherkräfte zu kontrollieren, wie bspw. zu reduzieren, und eine gleichmäßigere Druckverteilung und eine Verringerung und eine Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeiten in der Aufnahmekammer zu erreichen.

Die Aufnahmekammer kann beispielsweise eine Zellkulturkammer sein, die zur Aufnahme von Zellgewebe als Probe eingerichtet ist bzw. verwendet wird.

Die Einführöffnung kann als Kapillarkanal ausgebildet sein, der einerseits in der Aufnahmekammer im Perfusionskanal ausmündet und andererseits mit einem größeren Einfüllstutzen an der Außenseite des Mikrosystembauelementes ausmündet, um eine Pipettenspitze in den Einfüllstutzen zum Einfüllen einer Probe (d. h. eines Objektes wie bspw. Zellgewebe) aufzunehmen. Ebenso kann der Perfusionskanal als Kapillarkanal ausgebildet sein und mit größeren Einlass- und Auslassstutzen ein- und ausmünden. Die Einlass- und Auslassstutzen können zum Anschluss von Schlauchleitungen ausgebildet sein, um das Mikrosystembauelement an ein Schlauchsystem und mindestens eine Pumpe (z. B. Peristaltikpumpe) im Schlauchsystem anzuschließen. Die Stutzen können als Bohrung zum Einstecken von rohrförmigen Elementen oder als abragender Anschlussstutzen zum Aufstecken von Schläuchen ausgebildet sein.

Die perforierte Wand kann vorteilhaft durch voneinander beabstandete Pfosten im Perfusionskanal gebildet sein. Damit wird ein stabiler Aufbau erreicht. Die Länge der sich zwischen einander gegenüberliegenden Wandabschnitten des Perfusionskanals erstreckenden Pfosten definiert einen Raum mit bekannter Höhe, so dass sich das Volumen und die Größe der Probe leicht und genau bestimmen lässt. Der zwischen den Pfosten liegende Raum der Aufnahmekammer kann bei Bedarf optisch über ein der Wandflächen, zwischen denen sich die Pfosten erstrecken, untersucht werden. Die Pfosten können eine Höhe von bevorzugt 50 bis 200 pm haben. Die Höhe kann im Bereich von 100 pm liegen. In entsprechender Weise kann die perforierte Wand aber auch als bspw. Stabstrukturwand oder als aus porösem Material gebildete poröse Wand ausgebildet sein. Eine solche Wand kann additiv oder subtraktiv im 3D-Druck hergestellt werden. Die Stabstrukturwand kann aus miteinander verwobenen bzw. verflochtenen, d. h. einander kreuzenden Stäben mit Zwischenräumen gebildet sein.

Die Pfosten können eine größere Länge in Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals als Breite quer zur Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals aufweisen. Damit wird der Querschnitt der Pfosten im Vergleich zu zylinderförmigen Pfosten vergrößert und die Stabilität der perforierten Wand verbessert. Diese Ausgestaltung verbessert die Widerstandsfähigkeit vor Krafteinflüssen, die bei dem Einbringen einer Probe (insb. einer Zellkultur) mit einer Mikropipette auf das Mikrosystembauelement aufgebracht werden. Zudem ist die in Strömungsrichtung im Perfusionskanals, d. h. in Längserstreckungsrichtung länglich ausgerichtete Form der Pfosten auch im Hinblick auf die Strömungseinflüsse vorteilhaft.

Die Pfosten können kreisförmig sein. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn die Pfosten im Querschnitt beispielsweise ellipsenförmig, ovalförmig, rechteckförmig mit abgerundeten Ecken oder rautenförmig sind. Durch die Verjüngung der Pfosten in Strömungsrichtung wird das Strömungsverhalten verbessert. Dabei können Verwirbelungen reduziert werden. Zudem wird die Anbindungs- und Tragfähigkeit durch das mit den Querschnitten im Vergleich zur Kreiszylinderform reduzierte Seitenverhältnis der Pfosten und damit die mechanische Stabilität verbessert. Die jeweils benachbarten Pfosten können in Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals versetzt zueinander angeordnet sein. Damit wird ein möglichst großer Querschnitt der Pfosten zur Sicherstellung einer ausreichenden Stabilität gewährleistet und mit Hilfe des Versatzes gleichzeitig die effektive durchlässige Wanddicke bzw. die Länge der Zwischenräume in Strömungsrichtung reduziert. Die Durchlässigkeit der perforierten Wand kann damit verbessert werden, ohne die Stabilität dabei zu beeinträchtigen.

Die perforierte Wand kann gekrümmt sein und einen im Schnitt kreisförmigen, ellipsenförmigen oder ovalen Raum umgrenzen. Damit wird ein gekrümmter Raum zur Aufnahme der Probe geschaffen, der an die dreidimensionale sphärische Form insb. von Zellgewebe angepasst ist. Die Einführungsöffnung mündet in eine im Schnitt quasi tropfenförmigen Aufnahmekammer aus. Dabei strömt das Fluid in der Perfusionskammer nicht gegen eine gerade perforierte Wand, sondern trifft quer zur Strömungsrichtung gesehen an in Strömungsrichtung relativ zueinander versetzten Stellen auf die perforierte Wand auf. Damit wird der durch das Fluid bewirkte Einfluss von Druck, Scherkräften und Fließgeschwindigkeit auf die im Innenraum der Aufnahmekammer befindliche Probe kontrolliert und kann bspw. durch geeignete Gestaltung der perforierten Wand weiter verringert und vergleichmäßigt werden.

Im Innenraum der Aufnahmekammer können voneinander beabstandete Säulen angeordnet sein. Damit kann eine Probe auch innerhalb der Aufnahmekammer an gewünschten Positionen in dem Fluidstrom gehalten werden.

Die Säulen können beweglich sein. Damit kann sich die im Innenraum der Aufnahmekammer befindliche Säulenstruktur an veränderte Umgebungsbedingungen anpassen, bspw. wenn die Probe, wie insb. eine Zellkultur, im Laufe der Zeit wächst und mehr Raum beansprucht. Die Säulen können dann z. B. aus dem Innenraum ganz oder teilweise weggedrängt werden.

Der Abstand der Säulen voneinander und/oder die Breite der Säulen und/oder die Höhe der Säulen kann durch äußere physikalische Parameter variierbar sein. Solche Mikrosäulen können beispielsweise aus einem Formgedächnismaterial gebildet sein, welches je nach Einflussgröße seinen Zustand ändert. Solche Einflussgrößen können beispielsweise Temperatur, pH-Wert, Licht und elektrischer Strom bzw. elektrische Spannung etc. sein. Denkbar ist, dass Elektroden in der Aufnahmekammer zur elektrischen Messung von Eigenschaften einer in der Aufnahmekammer befindlichen Probe angeordnet sind, wobei die Elektroden mit einer elektronischen Messeinheit verbindbar oder verbunden sind. Damit lassen sich elektrisch messbare Eigenschaften der Probe während des Aufenthalts in der Aufnahmekammer bestimmen.

Vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Pfosten und/oder eine Säule elektrisch leitfähig sind und jeweils eine Elektrode bilden. So können alle oder ausgewählte Pfosten und/oder Säulen aus hochdotiertem Silizium gebildet oder mit einer Metallschicht beschichtet sein, wobei die Elektrode mit einer Verbindungsleitung oder einem Anschlusskontakt elektrisch leitendend verbunden ist. Damit können die Elektroden mit einer elektronischen Messeinheit verbunden werden.

Das Mikrosystembauelement kann eine integrierte Messeinheit haben, insbesondere eine zur elektrischen Impedanzspektroskopie (EIS) ausgebildete Messeinheit, die mit den Elektroden verbunden ist.

Das Mikrosystembauelement kann in einem Perfusionskanal mehrere Aufnahmekammern mit jeweils in die Aufnahmekammer einmündenden Einführungsöffnung haben. Denkbar ist auch, dass das Mikrosystembauelement mehrere Perfusionskanäle hat, die jeweils mindestens eine Aufnahmekammer aufweisen. Die mehreren Perfusionskanäle können jeweils separate Einlässe und/oder Auslässe haben oder parallel an einen gemeinsamen Einlass und/oder Auslass angeschlossen sein.

Ganz allgemein sind im Zusammenhang mit dieser Anmeldung die Wörter „ein/eine“, soweit nicht ausdrücklich anders definiert, nicht als Zahlwort zu verstehen, sondern als unbestimmte Artikel mit dem Wortsinn von „mindestens ein/eine“.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - eine perspektivische Skizze eines Mikrosystembauelementes mit mikrofluidem

Bioreaktor;

Fig. 2 - Skizze des Mikrosystembauelementes im Längsschnitt;

Fig. 3 - Skizze des Mikrosystembauelementes im Längsschnitt mit beispielhaften Fließgeschwindigkeiten im Perfusionskanal und der Zellkulturkammer; Fig. 4 - Skizze einer modifizierten Ausführungsform des Mikrosystembauelementes mit zusätzlichen Säulen in der Zellkulturkammer;

Fig. 5 - Skizze einer modifizierten Ausführungsform des Mikrosystembauelementes mit mehreren Zellkulturkammern im Perfusionskanal;

Fig. 6 - Prozessablauf eines Herstellungsverfahrens zur Fertigung des Mikrosystembauelementes.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Skizze eines Mikrosystembauelementes 1 mit mikrofluidem Bioreaktor. Das Mikrosystembauelement 1 hat ein Trägersubstrat 2, das beispielsweise aus Glas, wie bspw. Borosilikatglas (z. B. Pyrex®) oder Siloxanen, wie bspw. Polydimethylsiloxan PDMS, gebildet sein kann. Auf das Trägersubstrat 2 kann eine Kavitätskörper 3 aufgebracht sein. Dieser kann beispielsweise aus Siloxanen, wie bspw. Polydimethylsiloxan PDMS, gebildet und mit der Oberseite des Trägersubstrats 2 verbunden sein. Das Mikrosystembauelement 1 hat einen Perfusionskanal 4 mit einem Einlass 5 und einem Auslass 6. Weiterhin ist eine Einführungsöffnung 7 vorhanden, die quer in den Perfusionskanal 4 einmündet. Die Einführungsöffnung 7 erstreckt sich in dem Beispiel kanalartig zwischen einem Probeneinlass 8 und der in den Perfusionskanal 4 führenden Einmündungsöffnung. Denkbar ist aber auch, dass die Einmündungsöffnung die Einführungsöffnung 7 bildet, welche nach Einführen der Probe bspw. durch Abdeckung verschlossen werden kann.

Der Perfusionskanal 4 und die Einführungsöffnung 7, bzw. der Einlasskanal, können an der Oberseite des Trägersubstrats 2 in die Tiefe (d. h. in der Figur 1 in Z-Richtung der Höhe bzw. Dicke, und/oder an der Unterseite des Kavitätskörpers 3 in Dickenrichtung in das Material des Kavitätskörpers 3 eingebracht sein. An den einander gegenüberliegenden Enden des Perfusionskanals 4 sind der Einlass 5 und der Auslass 6 in den Kavitätskörper 3 eingebracht. Der Einlass 5 und der Auslass 6 können als sich annähernd lotrecht zur Ebene des Trägersubstrats 2 erstreckende Bohrungen ausgeführt sein, die jeweils einen Anschlussstutzen zur Aufnahme von Anschlussschläuchen bilden. Denkbar ist, dass von der Oberseite des Kavitätskörpers 3 rohrförmige Anschlussstutzen abragen, auf die ein Anschlussschlauch aufgesteckt werden kann. In gleicher Weise ist der Probeneinlass 8 als lotrecht zur Ebene des Trägersubstrates 2 ausgerichtete Bohrung ausgebildet. Der Probeneinlass 8 hat vorzugsweise einen Durchmesser zur Aufnahme einer Mikropipette, mit der eine Probe, wie insb. eine Zellkultur, in die (Proben-) Einführungsöffnung 7 eingeführt werden kann. Die Einmündung der Einführungsöffnung 7 grenzt an eine im Perfusionskanal 4 gebildete Aufnahmekammer 9 an. Die Aufnahmekammer 9 ist durch eine perforierte Wand 10 umgrenzt, um die Aufnahmekammer 9 fluiddurchlässig in dem Perfusionskanal 4 zu bilden und dabei ein Ausschwemmen der Probe, wie insb. von Zellkulturen, in den Perfusionskanal 4 weitestgehend zu verhindern.

Der Querschnitt des Perfusionskanals 4 ist durch seine Höhe in Z-Richtung und seine Breite in Y-Richtung bestimmt. Zur Versorgung der in der Aufnahmekammer 9 eingebrachten Proben (insb. Zellkulturen) kann eine Versorgungslösung über den Einlass 5 in den Perfusionskanal 4 eingeleitet und in Strömungsrichtung F durch den Perfusionskanal 4 und die dort angeordnete Aufnahmekammer 9 zum Auslass 6 gefördert werden. Dies kann beispielsweise mit einem Schlauchsystem und einer Pumpe, bspw. einer Spritzenpumpe erfolgen, mit der kontinuierlich oder diskontinuierlich kontrollierte Fluidmengen über die Zeit in den Perfusionskanal 4 eingebracht und entsprechende Mengen aus dem Auslass 6 wieder entnommen werden können.

Denkbar ist auch, Wirkstoffe über den Perfusionskanal 4 in die Aufnahmekammer 9 einzubringen, um deren Wirkung auf die Probe (insbes. eine Zellkultur) zu untersuchen. Hierzu kann ein zusätzlicher Einlass parallel zum Einlass 5 in den Perfusionskanal 4 vorhanden sein. Einfacher ist jedoch die Anordnung eines Y-Verbinders im Schlauchsystem, über den einerseits eine Spritzenpumpe, ein Tropf o.ä. mit der Versorgungslösung und andererseits eine Spritze, Spitzenpumpe, Tropf o.ä. mit Wirkstoff enthaltenen Arzneimittel angeschlossen werden kann.

Figur 2 lässt eine Skizze des Mikrosystembauelementes 2 im Längsschnitt erkennen. Erkennbar ist, dass die kanalförmige Einführungsöffnung 7 quer in den Perfusionskanal 4 hinein einmündet. Diese Einmündung ist durch eine perforierte Wand 10 umgeben, die sich angrenzend an die Einmündung teilkreis- bzw. teilellipsenförmig in dem Perfusionskanal 4 erstreckt und eine Aufnahmekammer 9 umgrenzt. Mit der perforierten Wand 10 kann ein im Schnitt kreisförmiger, ellipsenförmiger oder ovaler Raum abgegrenzt werden. Eine solche Aufnahmekammer 9 mit in Strömungsrichtung F gekrümmten Wandflächen hat strömungstechnische Vorteile.

Die perforierte Wand ist aus im Abstand und jeweils in Fließrichtung F, d. h. in X-Richtung versetzt voneinander angeordneten Pfosten 11 gebildet, die sich in Z-Richtung von Boden zur Decke des Perfusionskanals 4 erstrecken. Zwischen den Pfosten 11 ist jeweils ein Zwischenraum vorhanden, der groß genug ist, um ausreichend Fluid durchzulassen, und klein genug ist, um ein Durchströmen von Teilen der Probe, wie insb. von Zellgewebe 12, in der Aufnahmekammer 9 zu verhindern. Der Abstand sollte im Bereich von etwa 10 pm bis 70 pm liegen und bevorzugt kleiner als 40 pm sein.

Das Seitenverhältnis der Pfosten 11 ist im Vergleich zu zylinderförmigen Pfosten 11 reduziert, um die mechanische Stabilität zu erhöhen. Zugleich wird die Querschnittsfläche vergrößert, um die Bindungsfläche mit der Oberfläche des Trägersubstrats 2 zu vergrößern. Die Form ist angepasst und ausgerichtet, um die mechanische Stabilität in Strömungsrichtung F zu verbessern.

Die Pfosten 11 können in Strömungsrichtung F verjüngt sein. Sie können wie dargestellt einen ellipsenförmig sein. Denkbar sind aber auch andere Ausführungsformen mit ovalförmigen, rechteckförmigen oder rautenförmigen Pfosten 10. Rechteckförmige Pfosten 11 sollten zur Verbesserung des Strömungsverhaltens abgerundete Ecken haben und damit annähernd ellipsenförmig sein.

Die perforierte Wand 10 ist nicht von der Einmündung der Einführungsöffnung 7 bis zur gegenüberliegenden Wand des Perfusionskanals 4 gezogen. Vielmehr ist ein Bypass B zwischen dem zur Zellkultur-Einführungsöffnung 7 distalen Ende der Zellkulturkammer 9 und der benachbarten Innenwand des Perfusionskanals 4 vorhanden. Damit wird die Strömung in der Aufnahmekammer 9 und die Belastung der Zellkultur 12 durch Scherkräfte, Druck und Strömungsgeschwindigkeit kontrolliert und kann bspw. im Vergleich zur Ausführungsform ohne Bypass reduziert oder bei Bedarf sogar vergrößert werden.

Optional können Pfosten 11 als Elektroden 13 ausgebildet oder zusätzliche Elektroden 13 unabhängig von den Pfosten 11 in der Aufnahmekammer 9 vorhanden sein. Die Elektroden 13 sind mit elektrischen Leitungen an eine elektronische Messeinheit 14 angeschlossen oder anschließbar. Die Messeinheit 14 kann als Halbleiterschaltung in dem Mikrosystembauelement 1 integriert sein oder als separate Schaltungsanordnung über eine Leitungsverbindung und elektrische Anschlüsse mit dem Mikrosystembauelement verbunden werden. Vorteilhaft ist eine zur Impedanzspektroskopie ausgebildete Messeinheit 14.

Die elektrische Impedanzspektroskopie (EIS) ist ein anerkanntes markierungsfreies, nichtinvasives Analyseinstrument für einzelne Zellen und Zellkulturen. Mit Hilfe von Elektroden 13 in der Aufnahmekammer 9 lassen sich EIS-Funktionen in das Mikrosystembauelement 1 integrieren. So können ausgewählte Pfosten 11 und/oder Mikrosäulen 15 aus hochdotiertem Silizium hergestellt werden, um zugleich Elektroden 13 zu bilden. Im Inneren der Aufnahmekammer 9 lässt sich durch Auswahl und Anordnung der Elektroden eine Stromdichteverteilung sowie ein Feld einstellen, dass ausreichend homogen genug ist, um eine 3D-Zellkultur 12 im Inneren durch Methoden der Elektroimpedanz- Spektroskopie zu erfassen.

Es hat sich bei dem in Figur 1 und 2 gezeigten Aufbau gezeigt, dass die Scherspannung in der Aufnahmekammer 9 auf einen Wert von kleiner als 0,4 x 10^-2 Pa eingestellt werden kann, während die Scherspannung im Bypass B mit mehr als 1 ,2 x 10^-2 Pa deutlich höher ist.

Mit dem Bypass B für die Mikroströmung an der Aufnahmekammer 9 vorbei gelingt es beispielsweise, die Scherspannung in der Aufnahmekammer 9 sehr stark zu reduzieren, aber dennoch die Perfusion durch die Aufnahmekammer 9 aufrechtzuerhalten. Es ist festzustellen, dass sich die höchste Scherspannung im Perfusionskanal 4 neben der Aufnahmekammer 9 befindet. Im Inneren der Aufnahmekammer 9 herrscht eine deutlich geringe Scherspannung, die für die Perfusionszellkultur erforderlich ist.

Die Bypass-Gestaltung löst weitere Probleme. So gibt sie z. B. einem Tumoroid als Zellgewebe in der Aufnahmekammer 9 mehr Stabilität, selbst wenn es eine nicht beabsichtigte Druckänderung in dem Perfusionskanal 4 gibt, so dass die Auswirkungen auf den Tumoroid erheblich reduziert werden.

Der Bypass B kann sich stark auf die Druckverteilung auswirken. Auf der linken Seite des Perfusionskanals 4 kann eine von der Pumpe kommende Druckdifferenz anliegen (pO+#p) und das rechte Ende für den atmosphärischen Druck (pO) offen sein. Es tritt zwar ein Druckabfall entlang des Perfusionskanals 4 auf, aber der Druck im Inneren der Aufnahmekammer 9 bleibt in den mittleren Werten und völlig homogen.

Der Druck in der Aufnahmekammer 9 und der Einführungsöffnung 7 kann beispielsweise mit etwa 1 ,0132501 bar etwas oberhalb des am rechten Auslass 6 anliegenden atmosphärischen Druck pO von etwa 1 ,0132500 bar liegen, während der Einlass 5 mit mehr als 1 ,0132502 bar einen höheren Druck, d. h. ein Überdruck aufweist.

Durch den Bypass B wird der Druck, der auf die Probe, d. h. bspw. der 3D-Zellkultur 12, wirkt, konstant und homogen in der gesamten Aufnahmekammer 9 gehalten. Damit wird verhindert, dass es wenn das System z. B. zum Fotografieren aus einem Inkubator genommen wird, zu einer ungewollten starken Bewegung der Schläuche, der Spritzenpumpe oder des Mikrosystembauelementes 1 kommt, die einen hohen Druck auf die Probe (bspw. Zellkultur 12) in der Aufnahmekammer 9 ausüben, was zu einer zusätzlichen Belastung der Probe oder sogar zum Zerreißen der Zellkultur 12, bspw. einen Tumoroid, durch die Mikrokapillare führen kann. Mit dem an der Aufnahmekammer

9 vorbeiführenden Bypass B in dem Perfusionskanal 4 wird dieses Problem gelöst, da er der Probe (insb. Zellkultur 12) im Inneren der Aufnahmekammer viel mehr Stabilität verleiht. Wie gezeigt, umgibt der größte Teil der Strömung und des Druckabfalls die Aufnahmekammer 9, wobei im Inneren der Aufnahmekammer 9 aber eine homogene Mikroumgebung erhalten bleibt. Selbst bei einer nicht beabsichtigten Druckänderung in dem Perfusionskanal 4 wird die Auswirkung in der Probe (insb. 3D-Zellkultur 12) innerhalb der Aufnahmekammer 9 erheblich reduziert, so dass ein Tumoroid in diesem Fall, sicher und gesund im Inneren gehalten wird.

Der durch den Bypass B erzielte Druckeffekt kann in einer Implementierung dieses Bypass-Konzepts auch in völlig anderen Anwendungen genutzt werden, bei der es nützlich ist, den Druck in einem bestimmten Bereich eines Mikrokanals zu stabilisieren, während ein kleinerer Strom gleichmäßig durch ihn hindurchfließt.

Bei einer Einlassgeschwindigkeit des Perfusions-Fluids von beispielsweise 8,17 x 10^-6 m/s hat sich bei der in den Figuren 1 und 2 beispielhaft gezeigten Konstruktion eine Fließgeschwindigkeit im Innenraum der Zellkulturkammer 9 eingestellt, die deutlich unter

10 x 10^-6 m/s liegt und etwa 5 x 10^-6 m/s betrug. Die Fließgeschwindigkeit im Bypass B ist hingegen mit mehr als 20 x 10^-6 m/s deutlich größer. Diametral gegenüberliegend zur Einführungsöffnung 7 unterhalb der perforierten Wand 10 sind Fließgeschwindigkeiten von etwa 30 x 10’⁶ m/s zu beobachten.

Die Fließgeschwindigkeit ist in der Nähe der Aufnahmekammer 9 viel höher, als im Inneren der Aufnahmekammer 9, wo sie niedriger ist als in den mittleren Bereichen, aber nicht Null. Die Fließgeschwindigkeit innerhalb der Aufnahmekammer 9 kann durch den Bypass B in dem dargestellten Fall um 78 % in Bezug auf die Einlassströmungsgeschwindigkeit reduziert werden. Darüber hinaus ist die Verteilung im Inneren der Aufnahmekammer 9 homogen. Dies trägt dazu bei, einer Zellkultur 12 eine stabile und homogene Mikroumgebung zu bieten, wenn sie als Tumor-On-Chip TOC verwendet wird. Der Massentransport in der Aufnahmekammer 9 ist stark reduziert, aber nicht eliminiert. Im Perfusionskanal 4 ist die Verteilung in den Ebenen in der Nähe des Einlasses 5 und des Auslasses 6 homogener und die Geschwindigkeit nimmt in den Wänden bis auf Null ab. In den yz-Ebenen in der Nähe der Aufnahmekammer 9 ist bei der in den Figuren 1 und 2 beispielhaft gezeigten Konstruktion ein wichtiger Unterschied zwischen dem Perfusionskanal 4 und der Aufnahmekammer 9 festzustellen, in der es zwar immer noch eine Fließgeschwindigkeit gibt, diese aber erheblich reduziert ist. Außerdem ist die Verteilung in den yz-Ebenen innerhalb der Aufnahmekammer 9 viel homogener. Diese homogene Verteilung der Fließgeschwindigkeit in der Aufnahmekammer 9 kann zu einem Vorteil in der 3D-Zellkultur 12 führen, da der Stofftransport auch in z-Richtung viel homogener ist und alle Zellen gleichmäßig mit Nährstoffen versorgt und von Abfallstoffen befreit werden.

Figur 3 zeigt eine Skizze des Mikrosystembauelementes 1 im Längsschnitt mit beispielhaften Fließgeschwindigkeiten im Perfusionskanal 4 und der Aufnahmekammer 9.

Es ist zu erkennen, was in Bezug auf die Geschwindigkeitsstromlinien in der Aufnahmekammer 9 und dem Bypass B geschieht. Die meisten Stromlinien umströmen die Aufnahmekammer 9, es gehen aber auch einige von ihnen durch die Aufnahmekammer 9 hindurch. Dies bedeutet, dass eine langsame Strömung durch die Aufnahmekammer 9 hindurchströmt. Die dichte Ansammlung von Stromlinien in der Nähe der Aufnahmekammer 9 erzeugt einen Hochgeschwindigkeitsbereich. Die geringe Dichte innerhalb der Aufnahmekammer 9 sorgt für eine gleichmäßige Strömung und den Massentransport.

Figur 4 zeigt eine Skizze einer modifizierten Ausführungsform des Mikrosystembauelementes 1 mit zusätzlichen Säulen 15 in der Aufnahmekammer 9.

Mit solchen vertikalen Gerüsten innerhalb der Aufnahmekammer 9 kann z. B. das Zellwachstum von Zellgewebe 12 als Probe verbessert werden, indem solche Mikrosäulen 15 als Gerüst fungieren. Wenn nun das Volumen der Aufnahmekammer 9 insgesamt oder teilweise mit einer Gerüststruktur versehen wird, kann das Wachstum einer 3D-Zellkultur 12 ausgehend von einzelnen Zellen unterstützt werden. Dies bietet die Möglichkeit, von einer einzelnen Zellsuspension auszugehen und eine 3D-Zellkulturstruktur in situ zu schaffen. Die Mikrosäulen 15 können optional aus einem intelligenten Material hergestellt werden, mit dem sich die Breite und/oder die Höhe der Mikrosäulen 15 an Ort und Stelle steuern lässt. Die Mikrosäulen 15 können dabei aus Materialien gebildet werden, die durch externe Stimuli wie Temperatur, pH-Wert, Licht usw. verändert werden. So könnte während eines Experiments die Breite der Mikrosäulen 15 verändert werden, wodurch sich der in die Aufnahmekammer 9 eintretende Massentransport sowie die Scherspannung und der Druck im Inneren der Aufnahmekammer 9 ändern.

Figur 5 zeigt eine Skizze einer modifizierten Ausführungsform des

Mikrosystembauelementes 1 mit mehreren Aufnahmekammern 9 im Perfusionskanal 4.

Damit lässt sich ein Screening mit hohem Durchsatz erreichen, da eine Vielzahl von Aufnahmekammern 9 entlang des mikrofluidischen Perfusionskanals 4 nahezu unbegrenzt wiederholt hintereinander und mit parallelen Perfusionskanälen 4 auch nebeneinander angeordnet werden können.

Der Perfusionskanal 4 erstreckt sich von seinem Einlass 5 zum gegenüberliegenden Auslass 6. Alternierend von oben und unten, bzw. in Strömungsrichtung F gesehen von rechts und links in X-Richtung münden Einführungsöffnungen 7 in den Perfusionskanal 4. Angrenzend an eine jeweilige Einmündung ist jeweils eine Aufnahmekammer 9 durch aus Pfosten 11 gebildete perforierte Wände 10 abgegrenzt. Wiederum ist jeweils ein an einer jeweiligen Aufnahmekammer 9 vorbeiführender Bypass B im Perforationskanal 4 vorhanden. Die Bypässe B sind in Strömungsrichtung F alternierend unten und oben bzw. in X-Richtung rechts und links an der Aufnahmekammer 9 vorbei angeordnet.

Figur 6 lässt einen Prozessablauf eines Herstellungsverfahrens zur Fertigung des Mikrosystembauelementes 1 erkennen.

Für die Mikroherstellung des als Mikrobioreaktor ausgebildeten Mikrosystembauelementes 1 kann die Mikrosystemtechnik (d. h. Technologie zur Herstellung mikroelektromechanischer Systeme) mit Technologien wie Photolithographie, tiefes reaktives lonenätzen („Deep Reactive Ion Etching“), selbstassemblierte Monoschicht („Self-Assembled Monolayer“), Replika-Formgebung („Replica Molding“) und Sauerstoff-Plasma-Bonding („Oxygen Plasma Bonding“) eingesetzt werden.

Der Prozessablauf für die Mikrofabrikation beginnt im Schritt A) mit einem ebenen Substrat, wie bspw. einem Silizium-Wafer (Si) 16. Im Schritt B) erfolgt eine Schleuderbeschichtung („Spin-Coating“) von Titan-Primer (Ti) zur Verbesserung der Haftung der nächsten Schicht. Im Schritt C) erfolgt eine Schleuderbeschichtung von Fotolack 18. Im Schritt D) erfolgt eine photolithographische Belichtung mit ultraviolettem Licht UV durch eine Photomaske, die aus einem Quarzträger 19 und einer strukturierten Chrombeschichtung 20 gebildet ist. Im Schritt E) erfolgt eine Entwicklung des belichteten Photoresists, d. h. des Fotolacks 18 nach Belichtung. Im Schritt F) wird ein tiefes reaktives lonenätzen des Siliziums Si 16 durchgeführt. Dabei werden Vertiefungen 20 in den Silizium-Wafer 16 eingebracht. Im Schritt G) wird das Photoresist, d. h. der belichtete Fotolack 18 und der Ti-Primer entfernt. Es bleibt ein Silizium-Wafer 16 mit Vertiefungen 21 an den gewünschten Stellen über.

Im Schritt H) wird eine selbstkonfektionierte Monoschicht 22 als Antistiktion erhalten. Im Schritt I) wird eine Abformung von Polydimethylsiloxan PDMS durchgeführt, das auf die Oberfläche des Silizium-Wafers 16 aufgetragen wird. Im Schritt J) erfolgt eine Ablösung des PDMS-Stempels 23. Im Schritt K) erfolgt eine Exposition von Polydimethylsiloxan PDMS und Glas 24, wie bspw. Borosilikatglas (z. B. Pyrex®) mit Sauerstoffplasma. Im Schritt L) erfolgt ein Verkleben beider Oberflächen, d. h. dem Trägersubstrat 2 aus Glas 24 und dem aus dem PDMS-Stempel 23 gebildeten Kavitätskörper 3 durch Glühen.

Denkbar ist auch ein anderer Herstellungsprozess zum subtraktiven oder additiven Aufbau des Mikrosystembauelementes 1. Hierzu kann beispielsweise der 3D-Druck genutzt werden. Die perforierte Wand kann dabei nicht nur aus Pfosten 11 gebildet werden. Insbesondere der 3D-Druck bietet die Möglichkeit zur Bildung einer porösen Wand oder einer Stabstrukturwand bspw. als Stabstruktur mit einander kreuzenden Stabstrukturen und Zwischenräumen. Eine solche Stabstruktur umfasst Wabenstrukturen und dergleichen. Durch die 3D-Druck-Herstellung wird die Verbindung zwischen der perforierten Wand und den Kanalwänden verbessert, da diese stoffschlüssig aus einem Material zusammen hergestellt werden.

Die Idee einer lokalen Stabilisierung von Druck, Scherspannung und Strömungsgeschwindigkeit mit einem Bypass im Perfusionskanal 4 lässt sich im Grunde in jedem Kanal/Rohr mit einem Fluid (Luft oder Flüssigkeit) umsetzen, in dem ein lokaler stabiler Bereich innerhalb einer Fluidströmung erforderlich ist. In den stabilen Bereich kann beispielsweise eine Sonde eingeführt werden, um die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Fluids zu messen. Er könnte auch in chemischen Reaktoren mit zwei verschiedenen Chemikalien verwendet werden, von denen sich eine in der Strömung und die andere in der stabilen Region befindet. Auf diese Weise kann an der Grenzfläche zwischen diesen beiden Bereichen eine sehr langsame Reaktion ablaufen.

Eine weitere Anwendung ist der Zellkulturbereich, wie bspw. von Tumorzellen. Dies kann jedoch auch für andere Zellkulturtypen, gesunde Zellen, verwendet werden, um ihre Reaktion auf andere Flüssigkeiten, Chemikalien, Medikamente usw. zu untersuchen.

Bezugszeichenliste

1 Mikrosystembauelement

2 T rägersubstrat

3 Kavitätskörper

4 Perfusionskanal

5 Einlass

6 Auslass

7 Einführungsöffnung

8 Probeneinlass

9 Aufnahmekammer

10 perforierte Wand

11 Pfosten

12 Zellgewebe (Probe)

13 Elektrode

14 Messeinheit

15 Säule

16 Silizium-Wafer

18 Fotolack

19 Quarz

20 Chrom

21 Vertiefungen

22 selbstassemblierte Monoschicht

23 PDMS-Stempel

24 Glas

B Bypass

F Strömungsrichtung

*****

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrosystembauelement (1) mit einem Substrat (2, 3), das eine Aufnahmekammer

(9), eine zur Aufnahmekammer (9) führende Einführungsöffnung (7) und einen Perfusionskanal (4) aufweist, wobei der Perfusionskanal (4) kommunizierend mit der Aufnahmekammer (9) verbunden ist und einen Einlass (5) und einen Auslass (6) hat und wobei die Aufnahmekammer (9) in dem Perfusionskanal (4) angeordnet und durch eine perforierte Wand (10) umgrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführungsöffnung (7) in die durch die perforierte Wand (10) umgrenzte Aufnahmekammer (9) einmündet und die perforierte Wand (10) die Einführungsöffnung (7) umgibt, wobei sich die perforierte Wand (10) ausgehend von dem an die Einführungsöffnung (7) angrenzenden Wandbereich des Perfusionskanals (4) in den Perfusionskanal (4) zu dem der Einführungsöffnung (7) gegenüberliegenden Wandbereich hin erstreckt und die durch die perforierte Wand

(10) abgegrenzte Aufnahmekammer (9) von mindestens einer benachbarten Innenwand des Perfusionskanals (4) beabstandet ist, wobei der Querschnitt des Perfusionskanals (4) im Bereich der Aufnahmekammer (9) nicht vollständig durch die mit der perforierten Wand (10) umgrenzten Aufnahmekammer (9) eingenommen ist, so dass die perforierte Wand (10) von einem in Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals (4) vom Einlass (5) zum Auslass (6) strömenden Fluid angeströmt wird und ein Teilstrom eines durch den Perfusionskanal (4) strömenden Fluids durch die Aufnahmekammer (9) strömt und ein anderer Bypass-Teilstrom an der Aufnahmekammer (9) vorbeiströmt.

2. Mikrosystembauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Wand (10) durch voneinander beabstandete Pfosten (11), durch eine Stabstrukturwand oder durch eine poröse Wand im Perfusionskanal (4) gebildet ist.

3. Mikrosystembauelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Pfosten (11) eine größere Länge in Längserstreckungsrichtung des

Perfusionskanals (4) als Breite quer zur Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals (4) aufweisen.

4. Mikrosystembauelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten (11) im Querschnitt ellipsenförmig, ovalförmig, rechteckförmig mit abgerundeten Ecken oder rautenförmig sind.

5. Mikrosystembauelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils benachbarten Pfosten (11) in Längserstreckungsrichtung des Perfusionskanals (4) versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Mikrosystembauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Wand (10) gekrümmt ist und einen im Schnitt kreisförmigen, ellipsenförmigen oder ovalen Raum umgrenzt.

7. Mikrosystembauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum der Aufnahmekammer (9) voneinander beabstandete Säulen (15) angeordnet sind.

8. Mikrosystembauelement (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Säulen (15) beweglich sind.

9. Mikrosystembauelement (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Säulen (15) voneinander und/oder die Breite der Säulen (15) und/oder die Höhe der Säulen (15) durch äußere physikalische Parameter variierbar ist.

10. Mikrosystembauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (13) in der Aufnahmekammer (9) zur elektrischen Messung von Eigenschaften einer in der Aufnahmekammer (9) befindlichen Probe (12) angeordnet sind, wobei die Elektroden (13) mit einer elektronischen Messeinheit (14) verbindbar oder verbunden sind.

11. Mikrosystembauelement (1) nach Anspruch 10 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 5 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Pfosten (11) und/oder eine Säule (15) elektrisch leitfähig sind und jeweils eine Elektrode (13) bilden.

12. Mikrosystembauelement (1) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrosystembauelement (1) eine integrierte Messeinheit (14), insbesondere eine zur elektrischen Impedanzspektroskopie ausgebildete Messeinheit, hat, die mit den Elektroden (13) verbunden ist.

13. Mikrosystembauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Perfusionskanal (4) mehrere Aufnahmekammern (9) mit jeweils in die Aufnahmekammer (9) einmündenden Einführungsöffnung (7) ausgebildet sind.

14. Mikrosystembauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrosystembauelement (1) mehrere Perfusionskanäle (4) hat, die jeweils mindestens eine Aufnahmekammer (9) aufweisen.

15. Mikrosystembauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmekammer (9) eine Zellkulturkammer zur Aufnahme von Zellgewebe als Probe (12) ist.

*****