DE10019833C2

DE10019833C2 - Device and method for simulating fluid flow conditions

Info

Publication number: DE10019833C2
Application number: DE10019833A
Authority: DE
Inventors: Ina M Mueller
Original assignee: ACM Biotech GmbH
Current assignee: ACM Biotech GmbH
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: DE10019833A1; WO2001082265A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation von Fluidströ mungsverhältnissen in Gefäßen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen auf zumindest einer Interaktionsfläche und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for simulating fluid flows conditions in vessels and for the analysis of accumulation processes at least one interaction surface and a device for performing the Process.

Die Zelladhäsion, d. h. das Anhaften von beispielsweise Blutzellen wie Granulozy ten und Monozyten, aber auch von Tumorzellen an die Gefäßinnenwand (d. h. die. Intima aus Endothelzellen) oder der Zellen untereinander ist innerhalb der Hämo stase, der Wundheilung, bei Immunreaktionen und Entzündungsprozessen, aber auch bei der Tumor-Metastasierung von entscheidender Bedeutung. Nach dem Austritt aus dem Knochenmark werden die Zellen passiv durch den Blutstrom auf das Gefäßsystem verteilt. Beispielsweise bei einer Entzündung werden sowohl auf den Leukozyten als auch auf den Endothelzellen sogenannte Adhäsions moleküle exprimiert, wodurch es den Leukozyten ermöglicht wird, ihre Fließ geschwindigkeit im Blutstrom zu reduzieren und am Endothel entlang zu rollen, bis es schließlich zu einer festen Adhäsion zwischen den Leukozyten und dem Endothel kommt. Eine derart adhärente, d. h. immobilisierte, Zelle ist in der Lage, in das umgebende Gewebe einzuwandern (Invasion) und dort beispielsweise eine Entzündung zu bekämpfen.Cell adhesion, i. H. the adherence of, for example, blood cells such as granulozy ten and monocytes, but also from tumor cells to the inner wall of the vessel (i.e. the. Intima from endothelial cells) or the cells among themselves is within the hemo stasis, wound healing, immune responses and inflammatory processes, but also crucial in tumor metastasis. After this Leaving the bone marrow, the cells passively pass through the bloodstream the vascular system is distributed. For example, both inflammation so-called adhesion on the leukocytes as well as on the endothelial cells expresses molecules, which allows leukocytes to flow reduce speed in the bloodstream and roll along the endothelium, until finally there is a firm adhesion between the leukocytes and the Endothelium is coming. Such an adherent, i.e. H. immobilized, cell is able to migrate into the surrounding tissue (invasion) and there for example one Fight inflammation.

Die Leukozyten-Endothel-Interaktionen oder auch die Haftung von Tumorzellen an die Gefäßwand werden zur Zeit mit Hilfe der Intravitalmikroskopie im Tiermo dell (vgl. Xu et al., 1997; Scalia et al., 1998) oder mit in vitro-Tests unter Verwendung von entweder statischen oder rotierenden Kammern bzw. wandpar allelen Flußkammern untersucht (vgl. Hakkert et al., 1990; Thylón et al., 1997; Worher et al., 1987; Jones et al., 1996; Walchek et al.).The leukocyte-endothelial interactions or the adhesion of tumor cells intravital microscopy in animal mo dell (see Xu et al., 1997; Scalia et al., 1998) or with in vitro tests under Use of either static or rotating chambers or wall-mounted allelic flow chambers were examined (cf. Hakkert et al., 1990; Thylón et al., 1997; Worher et al., 1987; Jones et al., 1996; Walchek et al.).

Die vorstehend genannten Modelle weisen allerdings mehrere Nachteile auf:
However, the models mentioned above have several disadvantages:

1. Animal models enable working in a complex biological System, however, are with regard to the possible variations and the Controllability within the individual experiments is considerably restricted. Furthermore, the transferability of the results from the animal model to the People mostly questionable.
2. For the static models listed above, the adhesion at rest, d. H. without flow conditions, it is examined not possible to record physiological processes of cell adhesion because the Flow conditions cannot be included.
3. When using rotating chambers or drop systems, the Adhesion examined under flow conditions, but it can due to the experimental set-up on effects on the cells due to Shear forces as well as enrichment of the cells stimulating Substances come (especially when using drops systems due to the low volumes).
4. In devices based on the wall-parallel flow model, attempts are made to simulate the adhesion of cells in straight sections of the vessel; see. Fig. 1. In such vessel sections, however, only the passive transport of the cells to the vessel wall due to diffusion and the influence of shear forces are recorded. However, real vessels are almost always curved and / or branched, which is why the processes to be captured by a flow model for real vessels are much more complex.

Daher wurde in letzter Zeit eine Methode entwickelt, welche versucht, die realen Strömungsverhältnisse in Gefäßen aufgrund von Gefäßkrümmungen und -ver zweigungen zu simulieren und die insbesondere die Tatsache berücksichtigt, daß in den Gefäßen die Strömung nicht nur durch wandparallele Strömungen charak terisiert ist, sondern auch durch Gebiete mit Ablösung des Flusses sowie Wieder anschluß und dadurch bedingte Areale mit Rezirkulation gekennzeichnet ist. Regionen des Wiederanschlusses beinhalten zusätzlich zur wandparallelen Strömung eine sogenannte Staupunktströmung, die einen erhöhten konvektiven Transport von Zellen hin zur Gefäßwand ermöglicht. Die Zellsuspension fließt in diesen Regionen entlang gekrümmter Strömungslinien mit senkrecht zur Gefäß wand gerichteten Geschwindigkeitskomponenten. Aufgrund dieser Strömungs verhältnisse wird der Kontakt der Zellen mit der Gefäßwand aktiv induziert, d. h. durch die Strömung werden die Zellen (z. B. Granulozyten) auf das Endothel zubewegt. Im Gegensatz dazu kommt es bei wandparalleler Strömung nur aufgrund von passiven Diffusions- bzw. Gravitationseffekten zum Kontakt zwischen den Zellen und dem Endothel. Bei dieser Methode wird ein Proben träger von unten beströmt, was jedoch den gravierenden Nachteil mit sich bringt, daß - wie beim wandparallelen Flußmodell - hierbei nur ein Teilvorgang der Zelladhäsion erfaßt wird, da aufgrund der Beströmungsrichtung die Zellen ab einer bestimmten Wegstrecke nach dem Auftreffen auf dem Probenträger auf grund des Einflusses der Gravitationskraft nicht mehr mit dem Probenträger in Kontakt kommen.Therefore, a method has recently been developed which tries to use the real one Flow conditions in vessels due to vessel curvatures and ver to simulate branches, taking into account in particular the fact that the flow in the vessels is not only charac- terized by parallel currents terized, but also by areas with detachment of the river as well as again connection and the resulting areas are marked with recirculation. Regions of reconnection include in addition to the wall parallel Flow a so-called stagnation point flow, which is an increased convective Allows cells to be transported to the vessel wall. The cell suspension flows into these regions along curved flow lines perpendicular to the vessel wall-directed speed components. Because of this flow conditions the contact of the cells with the vessel wall is actively induced, d. H. through the flow the cells (e.g. granulocytes) onto the endothelium moved. In contrast, it only occurs with parallel flow due to passive diffusion or gravitational effects on contact between the cells and the endothelium. This method uses a sample streamed from below, but this has the serious disadvantage brings that - as with the wall-parallel river model - only a partial process the cell adhesion is detected, because the cells flow due to the direction of flow a certain distance after hitting the sample carrier due to the influence of the gravitational force no longer with the sample carrier in Come in contact.

Somit wird ein neues System benötigt, daß es ermöglicht, allgemein Fluid strömungsverhältnisse insbesondere in realen Gefäßsystemen wie beispielsweise Blutgefäßen zu simulieren und dabei Anlagerungsvorgänge zu analysieren.What is needed is a new system that enables fluid to be used in general flow conditions especially in real vascular systems such as Simulate blood vessels and analyze accumulation processes.

Das Strömungsmodell der vorliegenden Erfindung bezieht dabei die drei Kompo nenten der Virchow'schen Trias und damit die Bedingungen innerhalb der Mikro zirkulationen in Gefäßsystemen mit ein:
The flow model of the present invention includes the three components of the Virchow triad and thus the conditions within the microcirculations in vascular systems:

a) The blood, d. H. Blood components and cells,
b) the flow, d. H. wall parallel and stagnation point flow and
c) the vessel wall, d. H. Endothelial cells of different origins, but also Connective tissue cells, epithelial cells and (recombinant or ge purified) proteins such as those from the basal lamina.

Das Strömungsmodell der vorliegenden Erfindung erlaubt es darüberhinaus jede einzelne dieser Komponenten standardisiert sowohl qualitativ als auch quantitativ definiert zu verändern. The flow model of the present invention also allows any some of these components are standardized both qualitatively and quantitatively defined change.

Durch den Einsatz von sowohl wandparalleler als auch Staupunktströmung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine in vivo-nahe Situation verwirklicht, wodurch die durch diese Strömungen induzierten Effekte gleichzeitig erfaßt werden können. Damit können durch das erfindungsgemäße Modell bestehende, einfachere in vitro-Methoden ersetzt werden, und es wird weiterhin eine Alterna tive zu intravitalmikroskopischen Verfahren geschaffen.Through the use of both wall-parallel and stagnation point flow According to the present invention, an in vivo-close situation is realized, whereby the effects induced by these currents are recorded simultaneously can be. With the model according to the invention, simpler in vitro methods will be replaced and it will continue to be an alterna tive to intravital microscopic procedures created.

Des weiteren bietet die simultane Untersuchung von wandparalleler Strömung als auch Staupunktströmung gemäß dem erfindungsgemäßen Modell zur Simula tion von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgän gen viele Einsatzmöglichkeiten in der Forschung wie beispielsweise der Untersu chung von Fluidströmungsverhältnissen in Gefäßen, der Materialprüfung, der Beströmung von Zellschichten mit Dendrimeren zur Untersuchung des physiologi schen Transport von Biomolekülen und Pharmazeutika bzw. Diagnostika, der Permeabilitätsbestimmung von Zellschichten durch TEER- (engl. transendothelial electrial resistance) und/oder Fluoreszenz- bzw. Radioaktivitätsmessungen als auch in der Routineprüfung von beispielsweise pharmazeutischen Wirkstoffen auf die Adhäsion von Zellen. Im Gegensatz dazu müssen derzeit pharmazeuti sche Substanzen wie z. B. entzündungshemmende Verbindungen in aufwendigen Tiermodellen getestet werden, wobei der Ort der Wechselwirkungen in einem solchen Modell oft nicht nachvollziehbar ist. Furthermore, the simultaneous investigation of wall-parallel flow offers as well as stagnation point flow according to the model according to the invention for the simula tion of fluid flow conditions and for the analysis of accumulation processes There are many possible uses in research such as research of fluid flow conditions in vessels, material testing, the Flow of cell layers with dendrimers to examine the physiological transport of biomolecules and pharmaceuticals or diagnostics, the Permeability determination of cell layers by TEER (transendothelial electrical resistance) and / or fluorescence or radioactivity measurements as also in the routine testing of active pharmaceutical ingredients, for example on the adhesion of cells. In contrast, pharmaceuticals cal substances such. B. anti-inflammatory compounds in complex Animal models are tested, showing the location of the interactions in one such a model is often not understandable.

DE-C2-29 29 018 beschreibt eine Einrichtung zur Messung der Adhäsion von dispergierten Partikeln an der Oberfläche einer Wand. Die Vorrichtung ist derart ausgestaltet, daß das aus der Fluidbeströmungseinrichtung austretende Fluid die Interaktionsfläche von unten beströmt.DE-C2-29 29 018 describes a device for measuring the adhesion of dispersed particles on the surface of a wall. The device is like this configured that the fluid emerging from the fluid flow device Interaction area flowed from below.

JP-A-10-221337 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Adhäsions- und Agglutinierungsfähigkeit von Blutzellen, wobei Blutzellen einer Blutprobe in einer horizontalen Durchflußzelle zur Adhäsion bzw. Agglutinierung gebracht werden, was optisch gemessen wird.JP-A-10-221337 describes a method and an apparatus for measuring the Adhesion and agglutinability of blood cells, with blood cells one Blood sample in a horizontal flow cell for adhesion or agglutination brought what is measured optically.

J. Lambert (1975) Biomed. Tech. 20 (4), 139-143 beschreibt eine Versuchungsanordnung für die direkte mikroskopische Beobachtung des Fließverhaltens von Blut in Modellen natürlicher und künstlicher Gefäßsysteme, wobei die Interaktionsfläche von dem Fluid horizontal überströmt wird.J. Lambert ( 1975 ) Biomed. Tech. 20 ( 4 ), 139-143 describes a test arrangement for the direct microscopic observation of the flow behavior of blood in models of natural and artificial vascular systems, the interaction surface being flowed horizontally over the fluid.

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlage rungsvorgängen auf Interaktionsflächen bereitzustellen.The present invention is therefore based on the object of an apparatus and a method for the simulation of fluid flow conditions and for the analysis of systems provision processes on interaction areas.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This task is accomplished by a device with the Features of claim 1 and a method solved with the features of claim 13. Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.

Die Vorrichtung zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerunsgvorgängen auf zumindest einer Interaktionsfläche umfaßt
The device for simulating fluid flow conditions and for analyzing accumulation processes on at least one interaction surface comprises

An interaction device with at least the interaction surface, and
- At least one fluid flow device with a pipe component and a disk component, one towards the interaction surface form a spaced, open end portion for the escape of a fluid and the longitudinal axis of the interaction surface at a penetration angle greater than zero Degrees penetrated,

wobei die Fluidbeströmungseinrichtung derart angeordnet ist, dass die Interaktionsfläche so mit dem Fluid beströmbar ist, dass das aus dem Endabschnitt ausströmende Fluid eine Bewegungskomponente aufweist, die auf den Erdmittelpunkt gerichtet ist. wherein the fluid flow device is arranged such that the Interaction surface can be flowed with so that the fluid from the end portion outflowing fluid has a movement component that on the Center of the earth is directed.

Demgemäß wird die Interaktionsfläche der Interaktionseinrichtung derart von der rohrförmigen Fluidbeströmungseinrichtung beströmt, daß es zu einem Impuls übertrag von der Interaktionsfläche auf ein die Fluidbeströmungseinrichtung betriebsmäßig durchströmendes Fluid kommt. Vorteilhafterweise führt ein derartiger Impulsübertrag auf das Fluid zumindest bereichsweise zu einer Stau punktströmung, welche sich durch Ausbildung von Turbulenzen bzw. Wirbeln von der typischerweise wandparallelen bzw. laminaren Strömung in der rohrför migen Fluidbeströmungseinrichtung unterscheidet. Insbesondere im Bereich einer derartigen Staupunktströmung gestattet die Vorrichtung, Anlagerungsvorgänge an der Interaktionsfläche zu analysieren. Erfindungsgemäß ist die Fluidbeströ mungseinrichtung derart gegenüber der Interaktionsfläche der Interaktionsein richtung angeordnet, daß betriebsmäßig ein "gravitationsunterstütztes" Beströ men der Interaktionsfläche mit dem aus dem offenen Endabschnitt austretenden Fluid erfolgt. Das Beströmen der Interaktionsfläche durch das Fluid, welches vorzugsweise durch eine Drucksteuereinrichtung der Fluidbeströmungseinrich tung hinsichtlich ihrer Fluidströmungsgeschwindigkeit sowie ihres Fluiddrucks beliebig gesteuert werden kann, wird somit durch die auf das Fluid wirkende Schwerkraft unterstützt. Ein derartiges "gravitationsunterstütztes" Beströmen der Interaktionsfläche ist insbesondere bei einer Analyse von Anlagerungs vorgängen von Fluidsuspensionen vorteilhaft, da der Einfluß der Schwerkraft auf das im Fluid suspendierte Material zu einer Verlängerung der Interaktionsdauer zwischen dem suspendierten Material und der Interaktionsfläche führt. Eine derartig vergrößerte Wechselwirkungszeit, welche in einem einfachen Modell durch ein "Rollen" des suspendierten Materials an der Interaktionsfläche bewirkt wird, resultiert in einer entsprechenden Erhöhung der Anlagerungswahrschein lichkeit und -rate des suspendierten Materials an der Interaktionsfläche. Dies ermöglicht es in besonders effizienter Weise, komplexe Anlagerungsvorgänge zeitoptimiert zu untersuchen.Accordingly, the interaction area of the interaction device is such of the Tubular fluid flow device that it flows to a pulse transfer from the interaction surface to the fluid flow device operationally flowing fluid comes. Advantageously introduces such impulse transfer to the fluid, at least in regions, to a jam point flow, which is caused by the formation of turbulence or eddies of the typically wall-parallel or laminar flow in the pipe differs fluid flow device. Especially in the area of a such a stagnation point flow allows the device to accumulate to analyze on the interaction surface. According to the invention, the fluid is Means such against the interaction surface of the interaction direction arranged that operationally a "gravity-assisted" Beströ Men of the interaction surface with that emerging from the open end section Fluid takes place. The flow of fluid onto the interaction surface preferably by a pressure control device of the fluid flow device tion with regard to their fluid flow rate and their fluid pressure can be controlled arbitrarily, thus by the acting on the fluid Gravity supports. Such a "gravitational assisted" flow The interaction area is particularly useful when analyzing attachment operations of fluid suspensions advantageous because of the influence of gravity the material suspended in the fluid increases the interaction time between the suspended material and the interaction surface. A such increased interaction time, which in a simple model caused by a "rolling" of the suspended material on the interaction surface results in a corresponding increase in the investment probability sensitivity and rate of the suspended material on the interaction surface. This enables complex accumulation processes in a particularly efficient manner to be examined in a time-optimized manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Interaktionsfläche zumindest bereichsweise eben und die Längsachse, d. h. die Rohrachse, der Fluidbeströ mungseinrichtung an dem Endabschnitt durchsetzt die Interaktionsfläche senk recht. Eine derartige Anordnung ermöglicht insbesondere, in der rohrförmigen Fluidbeströmungseinrichtung bis zu deren offenem Endabschnitt eine im wesentli chen wandparallele bzw. laminare Fluidströmung zu erzielen, welche sich beim Austritt aus dem offenen Endabschnitt und dem Aufströmen auf die Interaktions fläche in eine zumindest bereichsweise turbulente (z. B. mit Wirbeln versetzte) Staupunktströmung an der Interaktionsfläche wandelt.According to a preferred embodiment, the interaction area is at least in some areas flat and the longitudinal axis, d. H. the pipe axis, the fluid flow mungseinrichtung at the end section penetrates the interaction surface Law. Such an arrangement enables, in particular, in the tubular Fluid flow device up to its open end section a substantially Chen to achieve wall-parallel or laminar fluid flow, which is in the Exit from the open end section and the influx on the interaction surface in an at least partially turbulent (e.g. with vortices) Congestion point flow changes at the interaction surface.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Interaktionsein richtung zumindest einen Probenträger auf, dessen dem Endabschnitt zugewand te Oberfläche die Interaktionsfläche bildet. Ein derartiger Probenträger kann aus einem zu untersuchenden Material bestehen und/oder eine Beschichtung (z. B. Oberflächenschicht) aufweisen, deren Wechselwirkungseigenschaften mit dem Fluid untersucht werden soll. Insbesondere kann die Oberflächenbeschichtung der Oberfläche des Probenträgers biologisches Material und/oder eine oder mehrere niedermolekulare Verbindungen umfassen.According to a further preferred embodiment, the interaction has direction at least one sample carrier, the end section facing surface forms the interaction surface. Such a sample holder can be used a material to be examined and / or a coating (e.g. Have surface layer) whose interaction properties with the Fluid should be examined. In particular, the surface coating the surface of the sample carrier biological material and / or one or include several low molecular weight compounds.

Das "biologische Material" auf der Oberfläche des Probenträgers kann sowohl Zellen oder partikuläre Bestandteile (beispielsweise humanen oder tierischen Ursprungs) als auch Zellbestandteile umfassen. Des weiteren kann das biologi sche Material auch Zellverbände oder Gewebe, d. h. sowohl künstliche, z. B. in Kultur gezüchtete Haut oder ähnliche Gewebe, als auch natürliche Gewebe umfassen. Geeignete auf dem Probenträger einsetzbare Medien sind beispielsweise Endothelzellen oder Fibroblasten unterschiedlicher Herkunft (z. B. aus Haut, Vorhaut, Aorta, Fettgewebe, Auge, Magennetz, Nabelschnur, Varizen oder ähnlichem) und Epithelzellen unterschiedlicher Herkunft (z. B. aus Magen, Darm oder ähnlichem) sowie alle adhärenten Zellen (z. B. Granulozyten) oder Zellen, bei denen eine Adhärenz induzierbar ist [z. B. die Zellinien U937, HL 60 (leukozytär), RF-1 und FR-48 (Magenkarzinomzellinien, bei denen die Adärenz durch be stimmte Faktoren, wie ECM-Protein, induzierbar ist), KATO III und SNU-5 (Adhä renz durch Stimulation mit 20 ng/ml PMA für 48 h induziebar) zur Analyse von Zell-Zell-Interaktionen (Aggregation)]. Des weiteren sind die genannten Zelltypen auch als Zellinien einsetzbar. Ferner umfaßt das "biologische Material" auch Zellbestandteile wie beispielsweise einzelne Proteine oder Gemische von Protei nen wie z. B. solchen aus der Basal Lamina oder der extrazellulären Matrix (engl. extracellular matrix, ECM) (z. B. Laminin, Fibronectin, Vitronectin, Kollagene sowie Proteine, die aus Tumorgewebe wie Matrigel® isoliert sind). Weitere Beispiele für Proteine, die sich auf der Oberfläche des Probenträgers befinden, umfassen Antikörper (einzeln oder in beliebigen Kombinationen) und Adhäsions molekül-Proteine (isoliert oder rekombinant), die auch als Gemisch auf den Probenträger aufgebracht sein können. Ferner kann der Probenträger mit anderen Zellbestandteilen wie beispielsweise Nukleinsäuren, d. h. DNA oder RNA, Zucker molekülen und/oder Lipiden beschichtet sein. Die Beschichtung des Proben trägers kann außerdem eine künstliche Oberfläche wie beispielsweise Kunst stoffe, poröse Membranen, medizinische Materialen wie z. B. Tissuevlies® umfas sen.The "biological material" on the surface of the sample carrier can comprise both cells or particulate components (for example human or animal origin) and cell components. Furthermore, the biological material cal cell aggregates or tissues, ie both artificial, z. B. cultured skin or similar tissues, as well as natural tissues. Suitable media that can be used on the sample carrier are, for example, endothelial cells or fibroblasts of different origins (e.g. from skin, foreskin, aorta, fatty tissue, eye, gastric network, umbilical cord, varices or the like) and epithelial cells of different origins (e.g. from stomach, intestine) or the like) as well as all adherent cells (e.g. granulocytes) or cells in which adherence can be induced [e.g. B. the cell lines U937, HL 60 (leukocytic), RF-1 and FR-48 (gastric carcinoma cell lines in which the adherence can be induced by certain factors such as ECM protein), KATO III and SNU-5 (adherence by Stimulation with 20 ng / ml PMA inducible for 48 h) for the analysis of cell-cell interactions (aggregation)]. Furthermore, the cell types mentioned can also be used as cell lines. Furthermore, the "biological material" also includes cell components such as individual proteins or mixtures of proteins such. B. from the basal lamina or the extracellular matrix (English. Extracellular matrix, ECM) (z. B. Laminin, fibronectin, vitronectin, collagens and proteins isolated from tumor tissue such as Matrigel®). Further examples of proteins that are located on the surface of the sample carrier include antibodies (individually or in any combination) and adhesion molecule proteins (isolated or recombinant), which can also be applied to the sample carrier as a mixture. Furthermore, the sample carrier can be coated with other cell components such as nucleic acids, ie DNA or RNA, sugar molecules and / or lipids. The coating of the sample carrier can also an artificial surface such as plastics, porous membranes, medical materials such as. B. Tissuevlies® include sen.

Die zellulären Beschichtungen sind auf unterschiedliche Weise vorbehandelbar, z. B. durch Stimulation mit Zytokinen, Wachstumsfaktoren, Hormonen, Entzün dungsmarkern, Enzymen (z. B. Proteasen und ihren Inhibitoren), Antioxidantien, Oxidantien, Vitaminen und Pharmazeutika und ähnlichen sowie durch Behand lung mit erhöhten bzw. erniedrigten Partialdrucken von Gasen, die eine Zell stimulation bewirken, wie Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff, usw. Die Zellen sind dabei sowohl vorher als auch parallel während der Beströmung beispiels weise unter Verwendung eines Mikroperfusors über einen Dreiwegehahn stimu lierbar bzw. inkubierbar. The cellular coatings can be pretreated in different ways, z. B. by stimulation with cytokines, growth factors, hormones, inflammation endogenous markers, enzymes (e.g. proteases and their inhibitors), antioxidants, Oxidants, vitamins and pharmaceuticals and the like, and by treatment lung with increased or decreased partial pressures of gases that a cell stimulation like oxygen, carbon dioxide, nitrogen, etc. The cells are both before and in parallel during the flow example wise using a microperfuser via a three-way tap stimu can be incubated.

Der Begriff "niedermolekulare Verbindung" umfaßt sämtliche organischen als auch anorganischen Verbindungen. Insbesondere kann eine niedermolekulare Verbindung erfindungsgemäß eine pharmazeutisch aktive (organische) Substanz oder ein zu prüfendes anorganisches Salz sein.The term "low molecular weight compound" includes all organic as also inorganic compounds. In particular, a low molecular weight Compound according to the invention a pharmaceutically active (organic) substance or an inorganic salt to be tested.

Vorzugsweise ist der Probenträger zumindest bereichsweise impermeabel, permeabel, semipermeabel oder porös ausgebildet. Die Porengröße des Proben trägermaterials wird beispielsweise den zu untersuchenden Zellen oder Partikeln angepaßt. Beispielsweise sind Porendurchmesser von mindestens 5 µm für die Untersuchung von Granulozyten u. ä. geeignet. Ist der Porendurchmesser bei diesen Untersuchungsobjekten kleiner, sind diese zwar noch zu einer Migration durch diese Poren befähigt, es erfolgt jedoch eine zusätzliche Aktivierung der Zellen durch Verlust oder zusätzliche Expression von Oberflächenmolekülen und/oder intrazellulären Molekülen. Zur Untersuchung von PMN (engl. polymorph nuclear cells) sollte der Porendurchmesser 8 bis 10 µm nicht übersteigen, da sonst nicht gewährleistet ist, daß der Migrationsprozeß aktiv stattfindet.The sample carrier is preferably impermeable at least in some areas, permeable, semi-permeable or porous. The pore size of the sample Carrier material is, for example, the cells or particles to be examined customized. For example, pore diameters of at least 5 µm are for the Examination of granulocytes u. suitable. The pore diameter is at These examination objects are smaller, they are still for migration enabled by these pores, but there is an additional activation of the Cells due to loss or additional expression of surface molecules and / or intracellular molecules. For the investigation of PMN (English polymorph nuclear cells) the pore diameter should not exceed 8 to 10 µm because otherwise there is no guarantee that the migration process will take place actively.

Die Oberfläche des Probenträgers kann aus jedem Material bestehen, an dem das zu beobachtende Material anhaften kann. Beispielsweise kann das Proben trägermaterial zur Untersuchung von Zellen jedes Material (z. B. eine Membran) sein, auf dem die Zellen haften können. Geeignete Probenträger für Zellen bzw. Zellgewebe sind bespielsweise Aluminium, Nitrozellulose, Polystyrol und andere Kunststoffe, die postiv oder negativ geladen sein können. Diese Materialien sind im Handel, z. B. von Waterman® oder Millipore®, erhältlich. Ferner können auch Glasplättchen, wie Deckgläschen für die Mikroskopie, als Probenträger verwen det werden.The surface of the sample carrier can consist of any material on which the material to be observed can adhere. For example, the rehearsal carrier material for the examination of cells any material (e.g. a membrane) on which the cells can adhere. Suitable sample carriers for cells or Cell tissues are, for example, aluminum, nitrocellulose, polystyrene and others Plastics that can be positively or negatively charged. These materials are in trade, e.g. B. from Waterman® or Millipore®. You can also Use glass plates, such as cover glasses for microscopy, as sample carriers be det.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist entlang der Längsachse der Fluidbeströmungseinrichtung an dem Endabschnitt hinter der Interaktionsein richtung zumindest eine Fluidableiteinrichtung angeordnet, welche zur Ableitung von die Interaktionseinrichtung durchsetzendem Material ausgelegt ist. Mittels der Fluidableiteinrichtung kann Fluid bzw. in dem Fluid suspendiertes und/oder gelöstes Material, welches die Interaktionseinrichtung ausgehend von der Interaktionsfläche durchsetzt hat, abgeleitet werden. Dies ist insbesondere bei einer Verwendung von permeablen, semipermeablen und/oder porösen Interaktionsein richtungen bzw. Probenträgern interessant, da die Fluidableiteinrichtung qualitati ve und/oder quantitative Analysen von Diffusions- bzw. Durchsetzvorgängen von Fluid bzw. darin enthaltenem Material durch die Interaktionseinrichtung er möglicht. Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich zur Analy se von Anlagerungsvorgängen an die Interaktionsfläche auch zur Untersuchung von Diffusions-, Durchsetz- und/oder Emigrationsvorgängen durch die Inter aktionseinrichtung verwendet werden.According to a further preferred embodiment, is along the longitudinal axis of the fluid flow device at the end portion behind the interaction direction arranged at least one fluid discharge device, which for discharge is designed by material penetrating the interaction device. through the fluid discharge device can be fluid or suspended and / or in the fluid dissolved material, which the interaction device starting from the interaction surface enforced, can be derived. This is particularly the case with a Use of permeable, semipermeable and / or porous interactions directions or sample carriers interesting because the fluid drain device qualitati ve and / or quantitative analysis of diffusion or enforcement processes of Fluid or material contained therein through the interaction device made possible. As a result, the device according to the invention can be used in addition to the analyte se from processes of addition to the interaction surface also for investigation of diffusion, enforcement and / or emigration processes through the Inter action device can be used.

Vorzugsweise umfaßt die Fluidableiteinrichtung zumindest einen Fluidzulauf. Dies ermöglicht es, Material, welches die Interaktionseinrichtung ausgehend von der Interaktionsfläche durchsetzt hat, mittels eines Spülfluids abzuführen.The fluid discharge device preferably comprises at least one fluid inlet. This allows material that the interaction device based on the Interaction surface has penetrated by means of a flushing fluid.

Das "biologische Material", das in dem den Probenträger beströmenden Fluid gelöst und/oder suspendiert ist kann ebenfalls beispielsweise Zellen oder partiku läre Bestandteile sowohl humanen als auch tierischen Ursprungs umfassen. Beispiele von Zellen sind Monozyten, Lymphozyten, Erythrozyten, Tumorzellen oder Zellen von Tumorzellinien, Granulozyten, Thrombozyten, Vollblut und anderen Zellinien sowie Spheroide (d. h. Aggregate aus vorstehend genannten Zellen, einzeln oder in Co-Kultur miteinander bzw. unter Verwendung von En dothelzellen zur Kapillarisierung). Die Zellen können auch beispielsweise durch Aus- oder Anschalten der Expression eines oder mehrerer Adhäsionsmoleküle gentechnisch verändert sein. Weiteres zur Beströmung geeignetes biologisches Material umfaßt Liposomen, Serum, Plasma oder dessen Bestandteile sowie Transfersomen. Die in dem den Probenträger beströmenden Fluid suspendierten Zellen können jeweils alleine oder als Mischansatz eingesetzt werden. Ferner sind auch die im beströmenden Fluid suspendierten Zellen auf unterschiedliche Weise vorbehandelbar, beispielsweise durch die Stimulation mit Zytokinen, Wachstumsfaktoren, Hormonen, Entzündungsmarkern, Enzymen (z. B. Proteasen und ihre Inhibitoren), Antioxidantien, Oxidantien, Vitaminen, Pharmazeutika, Allergenen, Bakterien und deren Bestandteile, Viren und deren Bestandteile sowie Lebensmittelzusatzstoffen. Des weiteren kann das gelöste bzw. suspendierte Material des den Probenträger beströmenden Fluids auch Zellbestandteile wie Proteine, Nukleinsäuren, Zuckermoleküle und Lipide sowie deren Gemische umfassen. Ferner können auch in dem den Probenträger beströmenden Fluid niedermolekulare Verbindungen gelöst bzw. suspendiert sein. Solche niedermole kularen Verbindungen umfassen sämtliche organischen und anorganischen Verbindungen wie beispielsweise organische Pharmazeutika und/oder Salze.The "biological material" contained in the fluid flowing through the sample carrier is dissolved and / or suspended, for example, cells or particulate Lary components include both human and animal origin. Examples of cells are monocytes, lymphocytes, erythrocytes, tumor cells or cells from tumor cell lines, granulocytes, platelets, whole blood and other cell lines as well as spheroids (i.e. aggregates from the above Cells, individually or in co-culture with one another or using En dothelial cells for capillarization). The cells can also, for example, by Switching the expression of one or more adhesion molecules on or off be genetically modified. Other biological suitable for flow Material includes liposomes, serum, plasma or their components as well Transfersomes. The suspended in the fluid flowing through the sample carrier Cells can be used alone or as a mixed batch. Further the cells suspended in the flowing fluid are also different Pretreatable, for example by stimulation with cytokines, Growth factors, hormones, inflammation markers, enzymes (e.g. proteases and their inhibitors), antioxidants, oxidants, vitamins, pharmaceuticals, Allergens, bacteria and their components, viruses and their components as well as food additives. Furthermore, the dissolved or suspended Material of the fluid flowing over the sample carrier also cell components such as proteins, nucleic acids, sugar molecules and lipids and their mixtures include. Furthermore, fluid can flow in the sample carrier low molecular weight compounds must be dissolved or suspended. Such low moles Cular compounds include all organic and inorganic Compounds such as organic pharmaceuticals and / or salts.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungs gemäße Vorrichtung eine Beobachtungseinrichtung zur Beobachtung von zu mindest einem Bereich der Interaktionsfläche. Vorzugsweise ist die Beobach tungseinrichtung zu einer in situ-Beobachtung der Interaktionsfläche ausgelegt, so daß eine quantitative und/oder qualitative Analyse von Anlagerungsvorgängen an der Interaktionsfläche während des Beströmens derselben durch die Fluid beströmungseinrichtung möglich ist.According to a further preferred embodiment, the invention comprises device according to an observation device for observing at least one area of the interaction area. Preferably, the observer device designed for in-situ observation of the interaction area, so that a quantitative and / or qualitative analysis of accumulation processes on the interaction surface while flowing through the fluid flow device is possible.

Vorzugsweise umfaßt die Beobachtungseinrichtung ein Mikroskop, beispiels weise ein inverses Mikrokop, mit einem Kondensor, welcher zumindest zur bereichsweisen Lagerung der Fluidbeströmungseinrichtung ausgelegt ist. Vor zugsweise ist bei einer derartigen Beobachtungseinrichtung der Kondensor des (optischen) Mikroskops derart mittig durchbohrt, daß die rohrförmige Fluid beströmungseinrichtung zumindest bereichsweise durch diese Bohrung in dem Kondensor geführt werden kann. Ein derartig modifiziertes Mikroskop ermöglicht es bei geringem konstruktivem Aufwand, die Interaktionsfläche in der Objekt ebene des Mikroskops anzuordnen und eine in situ-Analyse des Beströmungs vorgangs bzw. Anlagerungsvorgangs durchzuführen.The observation device preferably comprises a microscope, for example as an inverse microscope, with a condenser, which at least for area storage of the fluid flow device is designed. before In such an observation device, the condenser of the (Optical) microscope pierced in the middle so that the tubular fluid flow device at least partially through this bore in the Condenser can be performed. A microscope modified in this way enables it with little design effort, the interaction area in the object Arrange the plane of the microscope and an in situ analysis of the flow to carry out the process or addition process.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung auch ohne eine direkte Detektion der Beströmungs- bzw. Anlagerungsvorgänge mit anschließender Nachuntersuchung arbeiten kann, ist die Befestigung der Vorrichtung auf dem Mikroskoptisch eines inversen Mikroskops bevorzugt. Dazu sollte der Mikroskop-Kondensor vorzugs weise mittig durchbohrt werden und eine Führung für einen Zuleitungsschlauch haben. Des weiteren ist vorzugsweise eine Halterung für die Beströmungs kammer vorgesehen. Dazu kann beispielsweise ein Mikroskopeinsatz eines Mikroskoptisches mit entsprechender kreisrunder Aussparung für die Beströ mungskammer benutzt werden. Eine verschiebungsfreie Befestigung kann dabei beispielsweise über eine Feder erfolgen.Although the device according to the invention also without direct detection of the Flow or attachment processes with subsequent follow-up examination can work, is the attachment of the device on the microscope stage one inverted microscope preferred. For this, the microscope condenser should be preferred be drilled in the middle and a guide for a supply hose to have. Furthermore, there is preferably a holder for the flow chamber provided. For example, a microscope insert can be used Microscope stage with corresponding circular recess for the flow chamber. A displacement-free attachment can for example via a spring.

Bei der Mikroskopie können verschiedene Visualisierungen gewählt (z. B. Dunkel feld-, Fluoreszenz-, Durchlichtmikroskopie) und der Versuch in Echtzeit (z. B. Videoaufzeichnung oder Serien-Photographie) beobachtet werden. Im Falle eines Einsatzes von Dunkelfeld- oder Fluoreszenzmikroskopie kann eine Quantifizierung einer Adhäsion durch die Messung der Lichtintensität mittels eines Photomulti pliers erfolgen. Die erfaßten Daten können auf einem 2D-Schreiber ausgegeben oder computerunterstützt erfaßt und ausgewertet werden (geeignete Algorith men sind im Stand der Technik bekannt). Insbesondere durch einen Einsatz von mikroskopischen Analyseverfahren während der Beströmung können die Fluid strömungsverhältnisse bzw. die Anlagerungsvorgänge in einer der Intravetalmi kroskopie äquivalenten Weise untersucht werden.Various visualizations can be selected for microscopy (e.g. dark field, fluorescence, transmitted light microscopy) and the experiment in real time (e.g. Video recording or serial photography) can be observed. in case of a Use of dark field or fluorescence microscopy can quantify adhesion by measuring the light intensity using a photomulti pliers. The recorded data can be output on a 2D recorder or recorded and evaluated with computer support (suitable algorithm men are known in the prior art). In particular by using Microscopic analysis during the flow can determine the fluid flow conditions or the accumulation processes in one of the Intravetalmi equivalent to microscopy.

Durch die vorstehenden Analysemethoden können alle Messun gen/Beobachtungen der Stauströmung und wandparallelen Strömung in Echtzeit mittels Photo- und Mikroskoptechnologie erfaßt und durch entsprechende Soft warecomputer unterstützt aufgezeichnet und ausgewertet werden (beispiels weise durch im Handel erhältliche Bildauswertungsprogramme). Des weiteren können Anlagerungsvorgänge nach einem Beströmen durch Lysieren von angela gerten oder bereits auf dem Probenträger befindlichen Zellen und Messung von enzymatischen Aktivitäten mittels chromogenen bzw. fluorogenen Substraten analysiert werden. Ferner können bei Co-Beströmungen die Zelltypen durch unterschiedliche Markierungen differenzierbar gemacht und so die einzelnen Effekte analysiert werden. Aus den genannten Möglichkeiten lassen sich ver schiedene Modellansätze für die unterschiedlichsten Fragestellungen, insbeson dere bei der Simulation der Strömungsverhältnisse in Gefäßen bzw. bei der Mikrozirkulation und/oder der Materialprüfung beispielsweise von Materialien zur Herstellung medizinischer Geräte bzw. Implantate zusammenstellen. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der Routinediagnostik eingesetzt werden. The above analysis methods allow all measurements conditions / observations of the ram flow and wall-parallel flow in real time detected by means of photo and microscope technology and by appropriate soft warecomputer supports recording and evaluation (for example wise through commercially available image analysis programs). Furthermore can attach processes after a flow by lysing angela cells or cells already on the sample carrier and measurement of enzymatic activities using chromogenic or fluorogenic substrates to be analyzed. In the case of co-streams, the cell types can also different markings made differentiable and so the individual Effects are analyzed. From the options mentioned, ver Different model approaches for a wide variety of questions, in particular the simulation of the flow conditions in vessels or Microcirculation and / or material testing, for example of materials for Assemble the manufacture of medical devices or implants. It can the device according to the invention both in basic research and be used in routine diagnostics.

Vorzugsweise umfaßt die Interaktionseinrichtung zumindest einen Beströmungs ablauf. Hierdurch kann eine Ableitung des Fluids, welches die Interaktionsfläche der Interaktionseinrichtung beströmt, unter vorbestimmten oder vorbestimm baren Strömungsbedingungen erfolgen, wodurch die gezielte Steuerung der Fluidströmungsverhältnisse im Bereich der Interaktionsfläche weiter verbessert werden kann.The interaction device preferably comprises at least one flow procedure. In this way, a derivation of the fluid, which is the interaction surface the interaction device flows, under predetermined or predetermined bar flow conditions take place, whereby the targeted control of the Fluid flow conditions in the area of the interaction surface further improved can be.

Vorzugsweise steht der Beströmungsablauf mit einer Fluidanalyseeinrichtung in Fluidverbindung. Diese Anordnung mit einer insbesondere extern bereitgestellten Fluidanalyseinrichtung erlaubt eine qualitative und/oder quantitative Analyse des Fluids, welches auf die Interaktionsfläche aufgeströmt wurde, und zwar nach deren Wechselwirkung mit der Interaktionsfläche.The flow flow is preferably in a fluid analysis device Fluid communication. This arrangement with a particularly external one Fluid analysis device allows a qualitative and / or quantitative analysis of the Fluids that have been poured onto the interaction surface after their interaction with the interaction surface.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht der Beströmungs ablauf mit einem Beströmungszulauf der Fluidbeströmungseinrichtung zur zu mindest teilweise zirkulierenden Bestörmung der Interaktionsfläche in Fluid verbindung. Hierdurch kann Fluid, welches mittels der Fluidbestörmungsein richtung bereits auf die Interaktionfläche aufgeströmt wurde, zu einem erneuten Beströmen der Interaktionsfläche in die Fluidbestörmungseinrichtung rückgeführt werden. Eine derartige zirkulierende Beströmung der Interaktionsfläche ist insbesondere zur Simulation von geschlossenen bzw. quasi-geschlossenen Fluidsystemen, d. h. kreislaufartig angeordneten Fluidsystemen, geeignet.According to a further preferred embodiment, the flow is drain with a flow inlet of the fluid flow device to at least partially circulating shaping of the interaction surface in fluid connection. As a result, fluid which is by means of the fluid formation direction has already been poured onto the interaction surface, to a new one Flowing the interaction surface returned to the fluid shaping device become. Such a circulating flow on the interaction surface is especially for the simulation of closed or quasi-closed Fluid systems, i. H. fluid systems arranged in a cycle-like manner.

Das Verfahren zur Simulation von Fluidströmungsverhält nissen in Gefäßen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen an zumindest einer Interaktionsfläche einer Interaktionseinrichtung, vorzugsweise unter Ver wendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfaßt die folgenden Schritte:
The method for simulating fluid flow conditions in vessels and for analyzing accumulation processes on at least one interaction surface of an interaction device, preferably using a device according to the invention, comprises the following steps:

- Flowing the interaction surface with a test liquid, in which to investigating biological material and / or one or more niedermo lecular connections are suspended and / or dissolved, using a tubular fluid flow device with an open End section, such that the test flowing out of the end section liquid has a movement component that points to the center of the earth is directed; and
- Analyze the interaction area in the area of the stagnation point flow after a Interaction with the interaction surface.

Bei diesem Verfahren wird die Interaktionsfläche der Interaktionseinrichtung durch die Fluidbeströmungseinrichtung "gravitations unterstützt" beströmt, d. h. der offene Endabschnitt der Fluidbeströmungsein richtung ist gegenüber der Interaktionsfläche betriebsmäßig derart angeordnet, daß die Testflüssigkeit beim Beströmen der Interaktionsfläche in ihrer Bewegung durch die Schwerkraft unterstützt wird. Vorzugsweise wird die Testflüssigkeit auf die Interaktionsfläche derart aufgeströmt, daß sie einen Impulsübertrag erfährt, welcher sich in einer zumindest lokalen Änderung der Bewegungs richtung der Testflüssigkeit äußert. Besonders bevorzugt erfolgt das Beströmen der Interaktionsfläche mit der Fluidbeströmungseinrichtung derart, daß die Testflüssigkeit als laminare bzw. wandparallele Strömung in der Fluidbeströ mungseinrichtung bis zu dessen offenem Endabschnitt in Richtung auf die Interaktionsfläche geführt wird und das mit dem Impulsübertrag verbundene Aufströmen auf die Interaktionsfläche sich in einer Staupunktströmung äußert, welche zumindest bereichsweise Flüssigkeitswirbel bzw. Turbulenzen aufweist. Die Strömungscharakteristik der Testflüssigkeit im Bereich der Interaktionsfläche unterscheidet sich somit vorzugweise zumindest bereichsweise von einer wand parallelen bzw. laminaren Strömung. Hierdurch ist es möglich, in einfacher Weise die Fluidströmungsverhältnisse in Gefäßen wirklichkeitsnah zu simulieren und zugeordnete Anlagerungsvorgänge an der zumindest einen Interaktionsfläche unter in vivo-nahen Bedingungen zu analysieren.In this method, the interaction area of the Interaction device by the fluid flow device "gravitational supported ", i.e. the open end portion of the fluid flow direction is operationally arranged opposite the interaction surface in such a way that the test liquid in its movement when flowing onto the interaction surface supported by gravity. Preferably the test liquid poured onto the interaction surface in such a way that it transmits a pulse learns which is at least a local change in motion direction of the test liquid. Streaming is particularly preferred the interaction surface with the fluid flow device such that the Test liquid as a laminar or wall-parallel flow in the fluid flow mungseinrichtung up to its open end portion in the direction of Interaction area is performed and that associated with the momentum transfer Inflow onto the interaction surface manifests itself in a stagnation point flow, which has fluid vortices or turbulence at least in some areas. The flow characteristics of the test liquid in the area of the interaction area thus differs from a wall at least in certain areas parallel or laminar flow. This makes it possible in a simple manner to simulate the fluid flow conditions in vessels realistically and assigned attachment processes on the at least one interaction area to be analyzed under conditions close to in vivo.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren den weiteren Schrift eines Anordnens eines biologischen Materials an die Inter aktionsfläche der Interaktionseinrichtung. Das "biologische Material" zur An ordnung an der Interaktionsfläche ist dabei wie vorstehend definiert.According to a further preferred embodiment, the method comprises the further writing of an arrangement of a biological material to the Inter Action area of the interaction device. The "biological material" to the Order on the interaction surface is as defined above.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die Interaktionseinrichtung zumindest bereichsweise einen semipermeablen, permeablen oder porösen Porenträger, dessen dem Endabschnitt zu gewandete Oberfläche die Interaktionsfläche bildet, und weist die folgenden weiteren Schritte auf:
According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the interaction device comprises, at least in regions, a semipermeable, permeable or porous pore carrier, the surface of which faces the end section forms the interaction surface, and has the following further steps:

- Discharge of penetration liquid with dissolved and / or suspended biological material and / or one or more low molecular weight Connections which the sample carrier based on Interaction area has / have, and
- Analyze the penetrating liquid with the dissolved and / or suspend biological material and / or the at least one low molecular weight Connection.

Neben einer qualitativen und/oder quantitativen Analyse der Anlagerungsvorgän ge auf der Interaktionsfläche gestattet diese Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Untersuchung von Diffusions-, Durchsetz- bzw. Emigra tionsvorgängen durch den Probenträger der Interaktionseinrichtung. Einer der artigen Analyse ist sowohl die Durchsetzflüssigkeit zugänglich, welche die den Probenträger durchsetzte Testflüssigkeit ist, als auch gelöste und/oder suspen diertes biologisches Material und/oder niedermolekulare Verbindungen, welche die Durchsetzflüssigkeit enthält. Das " biologische Material" und die "niedermole kularen Verbindungen" sind dabei wie vorstehend definiert.In addition to a qualitative and / or quantitative analysis of the investment process ge on the interaction surface allows this embodiment of the invention Procedure also an examination of diffusion, enforcement or emigra tion processes by the sample holder of the interaction device. One of the Like analysis, both the assertive fluid is accessible, which the Specimen carrier is permeated test liquid, as well as dissolved and / or suspen dated biological material and / or low molecular weight compounds which contains the penetrating liquid. The "biological material" and the "low mole kular connections "are as defined above.

Vorzugsweise wird das Ableiten der Durchsetzflüssigkeit durch Zu- und Abfuhr einer Spülflüssigkeit bewirkt. Ein derartiges "aktives" Ableiten der Durchsetz flüssigkeit durch ein Spülen von insbesondere einer der Interaktionsfläche gegen überliegenden Rückseite der Interaktionseinrichtung ermöglicht eine weitere Verbesserung der gezielten Steuerung der Fluidströmungsverhältnisse. Ins besondere verhindert das Ableiten der Durchsetzflüssigkeit durch Spülen mit einer Spülflüssigkeit in effektiver Weise ein Anlagern von Material an der Rück seite der Interaktionseinrichtung, welche der Interaktionsfläche gegenüberliegt und von der Durchsetzflüssigkeit durchsetzt wird. Die Durchsetzflüssigkeit kann erfindungsgemäß ebenfalls mittels optischer Verfahren (wie beispielsweise durch vorstehend genannte Mikroskopie), Zellsortierungsverfahren (z. B. FACS-Analyse) oder chemische, biochemische und/oder molekularbiologische Analyseverfahren untersucht werden.The passage liquid is preferably drained off by supply and discharge a rinsing liquid. Such an "active" derivation of enforcement liquid by rinsing in particular against one of the interaction surfaces The back of the interaction device located above enables another Improve the targeted control of fluid flow conditions. in the in particular prevents the penetration liquid from being drained off by rinsing a rinsing liquid effectively attaching material to the back side of the interaction device, which lies opposite the interaction surface and is penetrated by the penetrating liquid. The assertive fluid can according to the invention also by means of optical methods (such as, for example, by microscopy mentioned above), cell sorting method (e.g. FACS analysis) or chemical, biochemical and / or molecular biological analysis methods to be examined.

Vorzugsweise umfaßt das Analysieren der Interaktionsfläche und/oder der Durchsetzflüssigkeit den Schritt einer optischen Analyse, insbesondere unter Verwendung eines optischen Mikroskops, und/oder den Schritt der Messung chemischer, biochemischer und/oder molekularbiologischer Parameter. Die optische Analyse richtet sich insbesondere auf Veränderungen der Interaktions fläche selbst, d. h. Änderungen des Materials der Interaktionseinrichtung, aber auch auf Änderungen einer Oberflächenbeschichtung der Interaktionsfläche, beispielsweise Änderungen einer Schicht aus biologischen Material, welche auf der Interaktionsfläche angeordnet sein kann. Geeignete mikroskopische Analyse- und Auswertungsverfahren sind dabei wie vorstehend beschrieben.Preferably, analyzing the interaction area and / or the Enforcement liquid the step of an optical analysis, especially under Using an optical microscope, and / or the step of measurement chemical, biochemical and / or molecular biological parameters. The Optical analysis focuses in particular on changes in the interaction area itself, d. H. Interaction material changes, however also changes to a surface coating of the interaction surface, for example, changes in a layer of biological material that are on the interaction surface can be arranged. Suitable microscopic analysis and evaluation methods are as described above.

Erfindungsgemäß sind die einzelnen Verfahrensschritte unter verschiedenen äußeren Bedingungen durchführbar. So kann die Interaktionseinrichtung bei spielsweise temperiert (z. B. mittels eines begasbaren Wärmeschrank-Aufsatzes für ein Mikroskop) und/oder begast werden (z. B. mit CO₂, N₂ oder anderen Gasen) wobei unterschiedliche Gaspartialdrücke (beispielsweise unter Verwen dung eines begasbaren Wärmeschrankaufsatzes für ein Mikroskop) eingestellt werden können. Ferner können unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten bzw. unterschiedliche Strömungspulse eingestellt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können mit oder ohne einer nachfolgenden Untersuchung der beströmten Proben verwendet werden. Bei spielsweise kann eine Adhäsion, Emigration und Aggregation (Zellverklumpung) von Zellen gemessen werden. Eine Nachuntersuchung von Proben ist insbeson dere durch eine Quantifizierung von angehafteten Zellen durch Auszählen, visuelle Untersuchungen nach immunhistologischen Behandlungen mit einer entsprechenden Aufbereitung (z. B. Antikörper-, Enzym-, Differentialfärbung, Goldbeladung oder ähnliches, wobei bei der Mikroskopie Fluoreszenz-, Durchlicht-, Dunkelfeld-, Elektronen- sowie Laserscanningmikroskope zum Einsatz kommen können) durch Laserscanningzytometrie, durch Nachinkubation der beströmten Oberflächen beispielsweise zur Quantifizierung und Charakterisie rung von emigrierten Zellen sowie durch eine Isolierung einzelner Zellen für Patch Clamp-Untersuchungen, Einzelzell-PCR (DNA-/RNA-Analytik) oder durch selekti ven Vermehrung von Zellen möglich.According to the invention, the individual process steps can be carried out under different external conditions. For example, the interaction device can be tempered (for example by means of a fumigated heating cabinet attachment for a microscope) and / or fumigated (for example with CO ₂ , N ₂ or other gases), with different gas partial pressures (for example using) a fumigated hot cupboard attachment for a microscope) can be set. Furthermore, different flow rates or different flow pulses can be set. The device according to the invention and the method according to the invention can be used with or without a subsequent examination of the samples with flow. For example, adhesion, emigration and aggregation (cell clumping) of cells can be measured. A follow-up examination of samples is in particular by quantification of adherent cells by counting, visual examinations after immunohistological treatments with a corresponding preparation (e.g. antibody, enzyme, differential staining, gold loading or the like, with microscopy fluorescence, transmitted light , Dark field, electron and laser scanning microscopes can be used) by laser scanning cytometry, by post-incubation of the energized surfaces, for example for the quantification and characterization of emigrated cells, and by isolation of individual cells for patch clamp investigations, single cell PCR (DNA / RNA analysis) or by selective multiplication of cells possible.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Simulation von Strömungsverhältnissen in Gefäßen und/oder zur Analyse von Anlagerungsvorgängen von gelöstem und/oder suspendiertem biologischem Material und/oder einer oder mehreren niedermolekularen Verbindungen an die Interaktionsfläche bereitgestellt.According to a further aspect of the invention, a use of the inventions Invention device for simulating flow conditions in Vessels and / or for the analysis of accumulation processes of dissolved and / or suspended biological material and / or one or more low molecular weight compounds provided on the interaction surface.

Ein Beispiel der erfindungsgemäßen Verwendung unter einem klinischen Aspekt ist das Wundmodell. Dabei werden als Co-Kultur Endothelzellen mit beispiels weise Fibroblasten auf ECM-Proteinen kultiviert und mit den zu untersuchenden Zellen wie beispielsweise isolierten Blutzellen, Vollblut oder ähnlichem beströmt. Um eine wundähnliche Umgebung zu schaffen, können die Zellen mit Zytokinen und/oder anderen Entzündungsmarkern vorstimuliert bzw. vorinkubiert werden.An example of the use according to the invention from a clinical point of view is the wound model. Endothelial cells are used as co-culture with, for example wise fibroblasts cultivated on ECM proteins and with those to be examined Cells such as isolated blood cells, whole blood or the like flow. To create a wound-like environment, the cells can use cytokines and / or other inflammation markers are pre-stimulated or pre-incubated.

Die erfindungsgemäße Strömungsvorrichtung ist ein äußerst vielseitiges In strument zur Untersuchung von Zelladhäsion, -aggregation und -invasion. Wie aus den vorstehend genannten Anwendungsmöglichkeiten ersichtlich ist, kann durch das Baukastensystem eine Vielzahl von unterschiedlichen Versuchs anordnungen durchgeführt werden, so daß das erfindungsgemäße Modell zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen zur Analyse von Anlagerungs vorgängen optimal auf die jeweilige Fragestellung abgestimmt werden kann.The flow device according to the invention is an extremely versatile In instrument for the investigation of cell adhesion, aggregation and invasion. How can be seen from the above-mentioned possible uses through the modular system a variety of different experiments Arrangements are carried out so that the model according to the invention Simulation of fluid flow conditions for the analysis of deposits processes can be optimally tailored to the respective question.

Vielfältige Möglichkeiten liegen beispielsweise in der Grundlagenforschung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann des weiteren in der zielgerichteten Be arbeitung von toxikologischen Prüfungen pharmazeutischer Substanzen, aber auch von Lebensmittelzusatzstoffen, sowie im Rahmen der Entwicklung von neuen Therapeutika, insbesondere im Bereich der Entzündung und Tumor-Meta stasierung eingesetzt werden.There are many possibilities in basic research, for example. The The device according to the invention can also be used in the targeted work on toxicological tests of pharmaceutical substances, however also of food additives, as well as in the development of new therapeutics, especially in the area of inflammation and tumor meta be used.

Die Möglichkeiten der Beschichtung des Probenträgers erstrecken sich beispiels weise auf alle adhärent wachsenden Zellen (oder Zellen, deren Adhärenz induzierbar ist) sowie auf Proteine. Zur Beströmung können beispielsweise Zellen, Zellaggregate oder partikuläre Bestandteile eingesetzt werden, die in der Lage sind, zu adhärieren oder die Adhärenz von Zellen zu beinflussen.The possibilities for coating the sample carrier extend, for example point to all adherently growing cells (or cells whose adherence can be induced is) as well as on proteins. Cells, for example, Cell aggregates or particulate components are used that are capable are to adhere or to influence the adherence of cells.

Zur Simulation einer physiologischen Umgebung können dem Beströmungs medium beispielsweise Plasma/Serum oder Bestandteile daraus (beispielsweise humanes oder Rinderserumalbumin) hinzugefügt werden. Darüber hinaus können auch mehrere Zelltypen gleichzeitig untersucht werden. Weiterhin kann das beströmende Fluid nach dem Ableiten von der Interaktionseinrichtung rezirkuliert werden. Ferner können Substanzen, wie beispielweise Pharmaka, deren Aus wirkung auf die Anlagerung von Zellen an Gefäßwände (natürliche oder aus künstlichen Implantatmaterialien) untersucht werden soll, dem beströmenden Fluid in unterschiedlichen Konzentrationen bzw. Konzentrationsprofilen zugesetzt werden.To simulate a physiological environment, the flow medium, for example plasma / serum or components thereof (for example human or bovine serum albumin) can be added. In addition, you can several cell types can also be examined simultaneously. Furthermore, that flowing fluid is recirculated after being discharged from the interaction device become. Furthermore, substances, such as pharmaceuticals, can be made from them effect on the attachment of cells to vessel walls (natural or from artificial implant materials) to be examined, the streaming Fluid added in different concentrations or concentration profiles become.

Wie vorstehend beschrieben sind Zellen, die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung untersucht werden, sowohl vor als auch während einem Versuch stimulierbar. Die vorstehend genannten biologischen Materialien, insbesondere Zellmaterialien sowie zugesetztes Plasma/Serum und auch verwendete Proteine oder andere Zellbestandteile können sowohl humanen als auch tierischen bzw. pflanzlichen Ursprungs sein und/oder es können entsprechende Zellinien einge setzt werden.As described above, cells are made by means of the invention Device to be examined both before and during an experiment stimulated. The aforementioned biological materials, in particular Cell materials as well as added plasma / serum and also used proteins or other cell components can be both human and animal or be of vegetable origin and / or corresponding cell lines can be inserted be set.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Modells zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen bildet die Beströmung von Zellschichten, beispielsweise Endothelien, mit sog. "Dendrimeren", d. h. mit baumartig verzweigten bzw. kaskadenartigen Makromo lekülen, beispielsweise auf der Basis von Diisopropylamin- bzw. cyclischen Anhydriden, die einen Micellen-ähnlichen Aufbau aufweisen, zur Untersuchung des physiologischen Transports von Biomolekülen und/oder pharmazeutisch bzw. diagnostisch aktiven Substanzen (z. B. Kontrastmittel, Vektoren, Hormone usw.).Another possible application of the model according to the invention for simulation of fluid flow conditions and for the analysis of accumulation processes forms the flow of cell layers, for example endothelia, with so-called "Dendrimers", i.e. H. with tree-like branched or cascade-like macromo lekulen, for example based on diisopropylamine or cyclic Anhydrides with a micelle-like structure for investigation the physiological transport of biomolecules and / or pharmaceutical or diagnostically active substances (e.g. contrast agents, vectors, hormones, etc.).

Noch eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Modells zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungs vorgängen ist die Permeabilitätsmessung von Zellschichten wie beispielsweise Endothelien. Die Permeabilitätsbestimmung kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen.Yet another possible application of the model according to the invention for Simulation of fluid flow conditions and for the analysis of deposits operations is the permeability measurement of cell layers such as Endothelium. The permeability determination can be different Way.

Eine Möglichkeit der Permeabilitätsmessung ist beispielsweise die Messung des transendothelialen Widerstandes (TER-Messung), d. h. eine Potentialmessung z. B. an adhärenten Zelischichten. Die Potentialmessung erfolgt dabei mit Hilfe vor zugsweise apikal und basolateral eingesetzter Elektroden, wobei apikal ein fester Puls (z. B. 50 bis 100 nA, 200 ms, 2,5 Hz) angelegt und so die Spannung gemessen wird, die durch die Zellen "wandert". Der transendotheliale Wider stand R_m ergibt sich aus der gemessenen Spannung mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes aus der folgenden Gleichung (1):
One possibility of permeability measurement is for example the measurement of the transendothelial resistance (TER measurement), ie a potential measurement e.g. B. on adherent cell layers. The potential measurement is carried out with the aid of electrodes which are preferably apically and basolaterally inserted, with a fixed pulse being applied apically (for example 50 to 100 nA, 200 ms, 2.5 Hz) and thus measuring the voltage which is generated by the cells " wanders ". The transendothelial resistance R _m results from the measured voltage using Ohm's law from the following equation (1):

Transendothelialer Widerstand: R_m[Ω.cm²] = x[Ω].A_Zellschicht[cm²] (1)
Transendothelial resistance: R _m [Ω.cm ² ] = x [Ω] .A _{cell layer} [cm ² ] (1)

mit x (Widerstand der Zellen): x[Ω] = I[A]/U[V]with x (cell resistance): x [Ω] = I [A] / U [V]

Des weiteren kann die Permeabilitätsbestimmung direkt an Zellschichten, bei spielsweise Mono- oder Dilayern, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Beströmungs vorrichtung in Verbindung mit der Zugabe markierter Substanzen zum Beströ mungsmedium durchgeführt werden. Beispiele geeigneter Moleküle für die Permeabilitätsbestimmung sind Dextrane und die vorstehend beschriebenen Dendrimere. Diese werden bespielsweise mit Fluoreszenzfarbstoffen wie FITC oder Radionukliden wie ¹²⁵I markiert. Die Permeabilitätsbestimmung erfolgt über die Messung der durch die Zellschicht(en) hindurchtretenden Fluoreszenzintensi tät oder durch die hindurchtretende Radioaktivität, wobei der Permeationsprozeß zuvor und/oder während der Messung positiv oder negativ durch geeignete Substanzen wie beispielsweise Pharmazeutika beeinflußt werden kann. Der Permeabilitätskoeffizient P ergibt sich aus dem gemessenen Fluß J der markier ten Substanz, der Oberfläche A₀ der beobachteten Zellschicht(en) sowie der Konzentrationsdifferenz Δc zwischen den apikalen und basolateralen Anteilen der addierten Substanzen (z. B. humanes Serumalbumin (HSA), Dextrane, Hormone usw.) mit Hilfe der folgenden Gleichung (2):
Furthermore, the permeability can be determined directly on cell layers, for example in mono- or dilayers, with the aid of the flow device according to the invention in conjunction with the addition of labeled substances to the flow medium. Examples of suitable molecules for permeability determination are dextrans and the dendrimers described above. These are marked, for example, with fluorescent dyes such as FITC or radionuclides such as ¹²⁵ I. The permeability is determined by measuring the fluorescence intensity passing through the cell layer (s) or by the radioactivity passing through, the permeation process before and / or during the measurement being positively or negatively influenced by suitable substances such as pharmaceuticals. The permeability coefficient P results from the measured flow J of the labeled substance, the surface A _{0 of} the observed cell layer (s) and the concentration difference Δc between the apical and basolateral proportions of the added substances (e.g. human serum albumin (HSA), dextrans , Hormones, etc.) using the following equation (2):

Permeabilitätskoeffizient: P = J.A₀ ^-1.Δc^-1[cm/s]Permeability coefficient: P = JA ₀ ^-1 .Δc ^-1 [cm / s]

Die vorstehend beschriebene Perbmeabilitätsbestimmung kann beispielsweise zur Messung der Blut-Hirnschrankenfunktion an kapillaren Endothelzellen eingesetzt werden, wobei der Einfluß unterschiedlicher Faktoren bestimmt werden kann. Des weiteren kann die Permeabilität adhärenter Zellen, beispielsweise Endothel zellen (z. B. HUVEC), bestimmt werden. Hierbei kann beispielsweise der Einfluß von Zytokinen, Hormonen, des Sauerstoffgehalts usw. beobachtet werden. Ferner kann die Permeabilitätsmessung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Modells zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlage rungsvorgängen auch direkt an Gefäßen, z. B. Kapillargefäßen der Ratte, huma nen Kapillaren usw., durchgeführt werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Permeabilitätsbestimmung können beispielsweise chronische und/oder akute Permeabilitätsstörungen beobachtet bzw. detektiert werden. Des weiteren kann die Permeabilitätsbestimmung zur speziellen Galenik pharmazeutisch wirksamer Substanzen verwendet werden. Beispielsweise kann die Hemmung der Permeabi lität bei Zugabe entsprechender Permeabilitätsinhibitoren bestimmt werden. Beispiele solcher Inhibitoren sind Thrombin (bewirkt eine bis zu 30 min an dauerne Barrierefunktionsstörung) und Histamin (bewirkt eine bis zu 3 min andauerne Barrierefunktionsstörung).The permeability determination described above can be used, for example, for Measurement of blood-brain barrier function used on capillary endothelial cells the influence of different factors can be determined. Furthermore, the permeability of adherent cells, for example endothelium cells (e.g. HUVEC). Here, for example, the influence of cytokines, hormones, oxygen levels, etc. Furthermore, the permeability measurement can be carried out using the model according to the invention for the simulation of fluid flow conditions and for the analysis of systems tion processes directly on vessels, e.g. B. rat capillaries, huma capillaries, etc. are carried out. With the help of the invention Permeability determinations can be chronic and / or acute, for example Permeability disturbances are observed or detected. Furthermore, the permeability determination for special galenics pharmaceutically effective Substances are used. For example, the inhibition of permeabi be determined with the addition of appropriate permeability inhibitors. Examples of such inhibitors are thrombin (effects up to 30 min permanent barrier dysfunction) and histamine (causes up to 3 min persistent barrier dysfunction).

Nachfolgend wird eine Vorrichtung zur Simulation von Fluid strömungsverhältnissen zur Analyse von Anlagerungsvorgängen anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit begleitenden Zeichnungen beispielhaft be schrieben. Es zeigt:Below is a device for simulating fluid flow conditions for the analysis of accumulation processes on the basis of a preferred embodiment with accompanying drawings by way of example wrote. It shows:

Fig. 1 Einen schematischen Querschnitt durch ein Gefäß, welches von einer Flüssigkeit mit darin suspendiertem, biologischen Material durchströmt wird; FIG. 1 is a schematic cross-section through a vessel, which is flowed through by a liquid having suspended therein, biological material;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Flüssigkeitsströmungsverhältnisse in einer Ausführungsform der Vorrichtung; Fig. 2 is a schematic representation of the fluid flow relationships in one embodiment of the device;

Fig. 3 eine geschnittene Explosionsansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung; Fig. 3 is an exploded sectional view of an embodiment of the device;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Ausführungsform von Fig. 3 in einem teilweise zusammengebauten Zustand; Fig. 4 is a sectional view of the embodiment of Fig. 3 in a partially assembled state;

Fig. 5 eine Schnittansicht der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform in einem zusammengebauten Zustand; Fig. 5 is a sectional view of the embodiment shown in Fig. 3 in an assembled state;

Fig. 6 eine Aufsicht auf die untere Oberfläche eines ersten Halterings der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform; FIG. 6 is a top view of the lower surface of a first retaining ring of the embodiment shown in FIG. 3;

Fig. 7 eine Aufsicht auf die obere Oberfläche eines zweiten Halterings der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform; Figure 7 is a top plan view of a second retaining ring of the embodiment shown in Figure 3;

Fig. 8 eine Aufsicht auf eine untere Oberfläche des zweiten Halterings der Ausführungsform von Fig. 3; Fig. 8 is a top view of a lower surface of the second retaining ring of the embodiment of Fig. 3;

Fig. 9 eine Aufsicht auf eine obere Oberfläche eines dritten Halterings der Ausführungsform von Fig. 3; und Fig. 9 is a top view of an upper surface of a third retaining ring of the embodiment of Fig. 3; and

Fig. 10 eine Aufsicht auf eine obere Oberfläche eines vierten Halterings der Ausführungsform von Fig. 3. Fig. 10 is a plan view of a top surface of a fourth retaining ring of the embodiment of FIG. 3.

Fig. 3 zeigt eine stark schematisierte, explosionsartige Schnittansicht durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Simulation von Fluid strömungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen. Die Vor richtung umfaßt vier Halteringe 10, 12, 14 und 16, welche durch Schrauben relativ zueinander festgelegt werden können. Die kreisförmigen Halteringe 10, 12, 14 und 16 weisen in ihren jeweiligen Mittelpunkten jeweils einen kreisförmi gen Durchbruch auf. Die jeweiligen Durchbruchsachsen dieser Durchbrüche fallen mit der optischen Achse eines nicht dargestellten Mikroskops, in welche die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung betriebsmäßig einge baut wird, betriebsmäßig zusammen. Die Halteringe 12, 14, 16 und 18 bestehen aus Edelstahl und Titanstahl, wobei es jedoch ebenfalls möglich ist, sie aus harten bzw. beständigen und autoklavierbaren Spezialkunststoffen zu fertigen. Die Halteringe 10, 12, 14 und/oder 16 beinhalten ferner (nicht dargestellte) Befestigungseinrichtungen, mit denen sie - und die daran festgelegten Einrichtun gen - mit dem Mikroskop geeignet verbunden werden können. Fig. 3 shows a highly schematic, exploded sectional view through an embodiment of the device according to the invention for simulating fluid flow conditions and for analyzing accumulation processes. Before the device comprises four retaining rings 10 , 12 , 14 and 16 , which can be fixed relative to each other by screws. The circular retaining rings 10 , 12 , 14 and 16 each have a circular breakthrough at their respective centers. The respective breakthrough axes of these breakthroughs coincide with the optical axis of a microscope, not shown, into which the embodiment of the device according to the invention is operationally built. The retaining rings 12 , 14 , 16 and 18 are made of stainless steel and titanium steel, although it is also possible to manufacture them from hard or durable and autoclavable special plastics. The retaining rings 10 , 12 , 14 and / or 16 further include (not shown) fastening devices with which they - and the devices attached thereto - can be suitably connected to the microscope.

Der betriebsmäßig oberste Haltering 10 dient gemeinsam mit dem zweiten Haltering 12 zur Festlegung einer Fluidbeströmungseinrichtung 18. Die Fluid beströmungseinrichtung 18 umfaßt einen Silikonschlauch 20, welcher in einer dafür vorgesehenen Bohrung 22 eines Kondensors 24 des (nicht dargestellten) Mikroskops gelagert ist. Die Fluidbeströmungseinrichtung 18 umfaßt ferner ein Beströmungsbauteil 26, welches beispielsweise aus Polycarbonat hergestellt ist. Das Beströmungsbauteil 26 besteht aus einer kreisförmigen Scheibenkomponen te und einer Rohrkomponente, wobei die Rohrkomponente derart in den Mittel punkt der Scheibenkomponente eingesetzt ist, daß die Längsachse der Rohr komponente mit der Normalenrichtung der Scheibenkomponente zusammenfällt. Das Ende der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26, welches an der Scheibenkomponente festgelegt ist, bildet einen offenen Endabschnitt 28 aus welchem Fluid austreten kann. Die Scheibenkomponente des Beströmungs bauteils 26 ist zwischen dem ersten Haltering 10 und dem zweiten Haltering 12 festgelegt, wobei die untere Oberfläche der Scheibenkomponente gegenüber dem zweiten Haltering 12 mittels eines Gummi-O-Rings 32 gegenüber dem zweiten Haltering 12 abgedichtet ist.The operationally uppermost retaining ring 10 , together with the second retaining ring 12, serves to fix a fluid flow device 18 . The fluid flow device 18 comprises a silicone tube 20 which is mounted in a bore 22 provided for this purpose in a condenser 24 of the microscope (not shown). The fluid flow device 18 further comprises a flow component 26 , which is made of polycarbonate, for example. The flow component 26 consists of a circular disc components and a tube component, the tube component being inserted into the center point of the disc component such that the longitudinal axis of the tube component coincides with the normal direction of the disc component. The end of the pipe component of the flow component 26 , which is fixed to the disk component, forms an open end section 28 from which fluid can escape. The disk component of the flow component 26 is fixed between the first retaining ring 10 and the second retaining ring 12 , the lower surface of the disk component being sealed off from the second retaining ring 12 by means of a rubber O-ring 32 from the second retaining ring 12 .

Der erste Haltering 10 weist zwei Bohrungen zum Durchführen von Befestigungs schrauben auf (eine Schraube ist in Fig. 3 dargestellt), mit denen der erste Haltering 10 sicher an dem zweiten Haltering 12 befestigt werden kann, um so die Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 festzulegen. Die Rohrkompo nente des Beströmungsbauteils 26 ist in den Silikonschlauch 20 eingeführt. Somit ist es möglich, ein Fluid durch die mittige Bohrung 22 des Kondensors 24 über den Silikonschlauch 20 derart in die Rohrkomponente des Beströmungs bauteils 26 zu leiten, so daß das Fluid aus dem offenen Endabschnitt 28 austritt. Der untere Bereich der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 ist von einer Verdunkelungsummantelung 30 umgeben, um Streulichteffekte bei der Fluoreszenz- und Dunkelfeldmikroskopie zu vermeiden. Die Verdunklungsumman telung 30 wird beispielsweise aus schwarzem Kunststoff hergestellt. Alternativ kann der untere Bereich der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 auch geschwärzt ausgebildet sein, so daß diese lichtundurchlässig ist.The first retaining ring 10 has two holes for performing fastening screws (a screw is shown in Fig. 3), with which the first retaining ring 10 can be securely attached to the second retaining ring 12 , so as to fix the plate component of the flow component 26 . The Rohrkompo component of the flow component 26 is inserted into the silicone hose 20 . It is thus possible to conduct a fluid through the central bore 22 of the condenser 24 via the silicone hose 20 into the tubular component of the flow component 26 such that the fluid emerges from the open end section 28 . The lower region of the tube component of the flow component 26 is surrounded by a darkening sheathing 30 in order to avoid stray light effects in fluorescence and dark field microscopy. The Verdunklungsumman telung 30 is made of black plastic, for example. Alternatively, the lower area of the tube component of the flow component 26 can also be blackened so that it is opaque.

Das Beströmungsbauteil 26 ist in dem Bereich des offenen Endabschnitts 28, d. h. im Bereich des Ansatzes der Rohrkomponente an die Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 stark vereinfacht dargestellt. Tatsächlich ist der Über gang von der Rohrkomponente zu der Tellerkomponente des Beströmungs bauteils 26 derart ausgebildet, daß im Bereich des offenen Endabschnitts 28 keine scharfen Kanten ausgebildet sind, sondern ein kontinuierlicher bzw. gleichmäßiger Übergang von der Rohrkomponente in die Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 vorliegt.The flow component 26 is shown in a greatly simplified manner in the region of the open end section 28 , ie in the region of the attachment of the tube component to the plate component of the flow component 26 . In fact, the transition from the pipe component to the plate component of the flow component 26 is formed such that no sharp edges are formed in the region of the open end section 28 , but a continuous or uniform transition from the tube component into the plate component of the flow component 26 is present.

Betriebsmäßig ist die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Vorrichtung derart in dem (nicht dargestellten) Mikroskop angeordnet, daß die Längsachse der Bohrung 22, die Längsachse des Silikonschlauches 20 und die Rohrachse der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 mit der opti schen Achse des (nicht dargestellten) Mikroskops zusammenfallen. Ferner ist betriebsmäßig die optische Achse des (nicht dargestellten) Mikroskops senkrecht angeordnet, d. h. auf den Erdmittelpunkt gerichtet.In operation, the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 3 is arranged in the microscope (not shown) such that the longitudinal axis of the bore 22 , the longitudinal axis of the silicone tube 20 and the tube axis of the tube component of the flow component 26 with the optical axis of the ( microscope (not shown) coincide. Furthermore, the optical axis of the microscope (not shown) is arranged vertically during operation, ie it is directed towards the center of the earth.

In Fig. 6 ist eine Aufsicht auf die untere Oberfläche des genannten ersten Halterings 10 dargestellt, wobei der kreisförmige Durchbruch sowie die Bohrun gen für die Befestigungsschrauben schematisch eingezeichnet sind. Fig. 7 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine obere Oberfläche des genannten zweiten Halterings 12, wobei die Ausfräsung zur Aufnahme des O-Rings 32 als Punkt- Linie schematisch eingezeichnet ist. In Fig. 6 is a plan view of the lower surface of said first retaining ring 10 , the circular opening and the Bohrun gene for the fastening screws are shown schematically. FIG. 7 shows a schematic plan view of an upper surface of said second retaining ring 12 , the milling for receiving the O-ring 32 being shown schematically as a dotted line.

Mittels eines dritten Halterings 14, welcher über Schrauben an den zweiten Haltering 12 befestigt werden kann, kann ein Probenträger 34 mit der unteren Oberfläche des zweiten Halterings 12 in Berührung gebracht werden. Der Pro benträger 34 ist beispielsweise als Membran oder als Glasplättchen ausgebildet und kann impermeable, permeable, semipermeable und/oder poröse Eigenschaf ten aufweisen. Die Oberfläche des Probenträgers 34 bildet eine Interaktions fläche 36. Wird ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, in die Fluidbeströmungs einrichtung 18 eingeleitet (durch die Bohrung 22 des Kondensors 24, den Silikonschlauch 20 und das Beströmungsbauteil 26), so daß das Fluid aus dem offenen Endabschnitt 28 der Fluidbeströmungseinrichtung 18 austritt, so wird die Interaktionsfläche 36 des Probenträgers 34 beströmt.By means of a third retainer ring 14, which can be fastened via screws to the second retaining ring 12, a sample carrier 34 can be brought with the bottom surface of the second retaining ring 12 in contact. The sample carrier 34 is formed, for example, as a membrane or as a glass plate and can have impermeable, permeable, semipermeable and / or porous properties. The surface of the sample carrier 34 forms an interaction surface 36 . If a fluid, in particular a liquid, is introduced into the fluid flow device 18 (through the bore 22 of the condenser 24 , the silicone hose 20 and the flow component 26 ), so that the fluid emerges from the open end section 28 of the fluid flow device 18 , the interaction surface 36 of the sample carrier 34 flows.

Das so auf die Interaktionsfläche 36 geführte Fluid wird durch einen in Fig. 3 nicht dargestellten Beströmungsablauf abgeführt. Der Beströmungsablauf umfaßt ein Kanalsystem 37, welches in die untere Oberfläche des zweiten Halterings 12 eingefräst ist. Dieses Kanalsystem 37 ist im Detail in Fig. 8 dargestellt, welche eine schematische Aufsicht auf die untere Oberfläche des zweiten Halterings 12 zeigt. Das über die Fluidbeströmungseinrichtung 18 zugeführte Fluid wird von dem inneren ringförmigen Kanal in vier sich radial nach außen erstreckende Kanäle geleitet, die ihrerseits über einen zweiten ringförmigen Kanal mit einem Beströmungsablaufstutzen 40 verbunden sind (siehe Fig. 5). Das Fluid, welches über den Beströmungsablauf abgeführt wird, kann entweder zu einer (nicht dargestellten) externen Fluidanalyseeinrichtung geführt werden oder der Fluid beströmungseinrichtung 18 zwecks einer Fluidrezirkulation erneut zugeführt werden.The thus guided to the interaction surface 36 fluid is discharged by a in Fig. Beströmungsablauf not shown in Figure 3. The flow flow comprises a channel system 37 , which is milled into the lower surface of the second retaining ring 12 . This channel system 37 is shown in detail in FIG. 8, which shows a schematic top view of the lower surface of the second retaining ring 12 . The fluid supplied via the fluid flow device 18 is conducted from the inner annular channel into four radially outwardly extending channels, which in turn are connected to a flow outlet connector 40 via a second annular channel (see FIG. 5). The fluid which is discharged via the flow flow can either be led to an external fluid analysis device (not shown) or can be fed again to the fluid flow device 18 for the purpose of fluid recirculation.

Die Längsachse der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 durchstößt den Probenträger 34 bzw. die Interaktionsfläche 36 rechtwinklig. Betriebsmäßig ergibt sich somit bei einer Beströmung mit einer Flüssigkeit ein Strömungsbild, welches stark schematisiert in Fig. 2 gezeigt ist. Im Bereich der Bohrung 22 des Kondensors 24, des Silikonschlauchs 20 und der Rohrkomponente des Beströ mungsbauteils 26 ist die Flüssigkeitsströmung im wesentlichen wandparallel bzw. laminar. Durch das Beströmen der Interaktionsfläche 36 erfährt die Flüssigkeit einen Impulsübertrag und wird zu einer Änderung ihrer Bewegungsrichtung gezwungen. Hierdurch bildet sich in der Mitte der Interaktionsfläche, welche von der Längsachse der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 durchstoßen wird, eine Staupunktströmung aus, welche von einer laminaren Strömung abweicht. Hierdurch lassen sich die eingangs beschriebenen Beströmunsgverhält nisse zur Simulation und Untersuchung eines "gravitationsunterstützten" Beströ mens der Interaktionsfläche durch eine Testflüssigkeit erzielen. In Fig. 2 ist schematisch eine Anlagerungsuntersuchung von biologischem Material, welches in der Testflüssigkeit suspendiert ist, an die Interaktionsfläche, welche ihrerseits ebenfalls mit einem biologischen Material bedeckt ist, gezeigt.The longitudinal axis of the tube component of the flow component 26 penetrates the sample carrier 34 or the interaction surface 36 at a right angle. In operational terms, this results in a flow pattern when flowing with a liquid, which is shown in a highly schematic manner in FIG. 2. In the area of the bore 22 of the condenser 24 , the silicone hose 20 and the pipe component of the flow component 26 , the liquid flow is essentially parallel to the wall or laminar. By flowing on the interaction surface 36 , the liquid experiences an impulse transfer and is forced to change its direction of movement. This forms a stagnation point flow in the middle of the interaction surface, which is penetrated by the longitudinal axis of the tube component of the flow component 26 , which deviates from a laminar flow. As a result, the flow conditions described at the outset for simulating and examining a "gravitationally assisted" flow of the interaction surface through a test liquid can be achieved. FIG. 2 schematically shows an analysis of the attachment of biological material which is suspended in the test liquid to the interaction surface, which in turn is also covered with a biological material.

Falls zur Herstellung des Probenträgers 34 ein permeables, semipermeables oder poröses Material gewählt wird, ist es unter Umständen für einen Teil der Test flüssigkeit, welche die Interaktionsfläche 36 beströmt, möglich, den Probenträger 34 zu durchsetzen. Diese Durchsetzflüssigkeit, welche auch suspendiertes biologisches Material bzw. niedermolekulare Verbindungen enthalten kann, wird durch eine (in Fig. 3 nicht dargestellte) Fluidableiteinrichtung abgeleitet. Hierzu wird mittels eines vierten Halterings 16, welcher mit Schrauben an dem dritten Haltering 14 festlegbar ist, eine Glasplatte 38 an die untere Oberfläche des dritten Halterings 14 angepreßt. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, weist die untere Oberfläche des dritten Halterings 14 eingefräste Fluidkanäle auf, welche in die Fluidableiteinrichtung münden.If a permeable, semi-permeable or porous material is selected for the production of the sample carrier 34 , it is possible under certain circumstances for a part of the test liquid which flows over the interaction surface 36 to pass through the sample carrier 34 . This penetrating liquid, which can also contain suspended biological material or low molecular weight compounds, is drained off by a fluid drainage device (not shown in FIG. 3). For this purpose, a glass plate is pressed against the lower surface of the third retaining ring 14 38 by means of a fourth retaining ring 16 which is fixed with screws to the third retaining ring fourteenth As shown in FIG. 9, the lower surface of the third retaining ring 14 has milled fluid channels, which open into the fluid discharge device.

Ferner steht die Fluidableiteinrichtung in Fluidverbindung mit einem (nicht dar gestellten) Fluidzulauf, welcher den Zufluß eines "Spülmediums" an die untere Oberfläche des Probenträgers 34 (die der Interaktionsfläche 36 gegenüberliegen de Fläche des Probenträgers 34) ermöglicht. Hierdurch können emigrierte Zellen, welche die Interaktionseinrichtung, d. h. den Probenträger 34, durchsetzt haben, "geerntet" und/oder rezirkuliert werden. Hierbei wird durch einen langsamen aber kontinuierlichen Medienfluß des "Spülmediums" verhindert, daß sich die Zellen (oder sonstiges Material) auf der Glasplatte 38 festsetzen können. Das so abgeführte Durchsetzfluid und eine eventuelle Spülflüssigkeit können einer weiteren (nicht dargestellten) Analysevorrichtung zugeführt werden. Further, the Fluidableiteinrichtung in fluid communication (not constitute provided) fluid supply with which 34 (the interaction surface 36 opposed to de surface of the sample carrier 34) allows the inflow of a "flushing medium" to the lower surface of the sample carrier. As a result, emigrated cells which have passed through the interaction device, ie the sample carrier 34 , can be “harvested” and / or recirculated. A slow but continuous flow of media of the "rinsing medium" prevents the cells (or other material) from getting stuck on the glass plate 38 . The penetrating fluid discharged in this way and a possible rinsing liquid can be fed to a further analysis device (not shown).

Der Probenträger 34 sowie die Glasplatte 38 sind gegenüber dem dritten Halb ring 14 bzw. dem vierten Haltering 16 mittels umlaufender Vitondichtungen abgedichtet, wie in Fig. 3 dargestellt ist.The sample carrier 34 and the glass plate 38 are sealed against the third half ring 14 and the fourth retaining ring 16 by means of circumferential Viton seals, as shown in Fig. 3.

Fig. 4 zeigt die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 3 in einem teilweise zusammengebauten Zustand. Hierbei ist der erste Haltering 10 durch Schrauben mit dem zweiten Haltering 12 derart verbunden, daß die Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 an ihrem äußeren Umfang sicher gehalten wird (siehe Fig. 4(a)). Die Interaktionseinrichtung, welche den dritten Haltering 14 sowie den Probenträger 34 mit der Interaktionsfläche 36 umfaßt, kann über weitere Schrauben an dem zweiten Haltering 12 festgelegt werden. Der vierte Haltering 16, welcher zur Halterung der Glasplatte 38 dient, ist über einen weiteren Satz Schrauben mit dem dritten Haltering 14 verbunden (siehe Fig. 4(b)). FIG. 4 shows the embodiment of the device according to the invention from FIG. 3 in a partially assembled state. Here, the first retaining ring 10 is connected to the second retaining ring 12 by screws such that the plate component of the flow member 26 is securely held on its outer periphery (see Fig. 4 (a)). The interaction device, which comprises the third retaining ring 14 and the sample carrier 34 with the interaction surface 36 , can be fixed to the second retaining ring 12 by means of further screws. The fourth retaining ring 16 , which serves to hold the glass plate 38 , is connected to the third retaining ring 14 via a further set of screws (see FIG. 4 (b)).

In Fig. 5 ist schließlich in Form einer stark schematisierten Schnittansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform gemäß Fig. 3 der erfindungs gemäßen Vorrichtung dargestellt. Ferner ist in Fig. 5 ein Beströmungsablauf stutzen 40 schematisiert dargestellt, welcher mit dem Beströmungsablauf in Fluidverbindung steht. Ebenfalls dargestellt ist ein Fluidableitstutzen 42, welcher mit der Fluidableiteinrichtung in Fluidverbindung steht.In Fig. 5 is finally shown in the form of a highly schematic sectional view, the fully assembled embodiment of FIG. 3 of the device according to the Invention. Furthermore, FIG. 5 schematically shows a flow outlet 40 which is in fluid communication with the flow outlet. Also shown is a fluid drain port 42 which is in fluid communication with the fluid drain device.

credentials

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Claims

1. Device for simulating fluid flow conditions and for analyzing accumulation processes on at least one interaction surface ( 36 )
an interaction device with at least the interaction surface ( 36 ),
at least one fluid flow device ( 18 ) with a Rohrkompo component and a disk component, which form an open end portion ( 28 ) spaced from the interaction surface ( 36 ) for the discharge of a fluid and whose longitudinal axis passes through the interaction surface ( 36 ) at a piercing angle greater than zero degrees .
wherein the fluid flow device ( 18 ) is arranged such that the interaction surface ( 36 ) can be flowed with in such a way that the fluid flowing out of the end section ( 28 ) has a movement component which is directed towards the center of the earth.

2. Device according to claim 1, wherein the interaction surface ( 36 ) is at least partially flat and the longitudinal axis of the fluid flow device ( 18 ) at the end section passes through the interaction surface ( 36 ) perpendicularly.

3. Device according to claim 1 or 2, wherein the interaction device has at least one sample carrier ( 34 ), the surface of which faces the end section ( 28 ) forms the interaction surface ( 36 ).

4. The device according to claim 3, wherein the sample carrier ( 34 ) is at least be partially impermeable, permeable, semi-permeable or porous.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, wherein the sample carrier ( 34 ) is a membrane or a glass plate.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, wherein along the longitudinal axis of the fluid flow device ( 18 ) at the end section ( 28 ) behind the interaction device at least one fluid discharge device ( 42 ) is arranged, which is designed to discharge the material passing through the interaction device.

7. The device according to claim 6, wherein the fluid discharge device ( 42 ) comprises at least one fluid inlet.

8. Device according to one of claims 1 to 7 with an observation device for observing at least a region of the interaction surface ( 36 ).

9. The device according to claim 8, wherein the observation device comprises a microscope with a condenser ( 24 ) which is designed at least for the storage of the fluid flow device ( 18 ).

10. The device according to one of claims 1 to 9, wherein the interaction device comprises at least one flow flow ( 37 , 40 ).

11. The device according to claim 10, wherein the flow flow ( 37 , 40 ) is in fluid communication with a fluid analysis device.

12. The apparatus of claim 10 or 11, wherein the flow outlet ( 37 , 40 ) with a flow inlet of the fluid flow device ( 18 ) for at least partially circulating flow of the interaction surface ( 36 ) is in fluid communication.

13. A method for simulating fluid flow conditions in vessels and for analyzing accumulation processes on at least one interaction surface ( 36 ) of an interaction device, preferably using a device according to one of the preceding claims, with the steps:

- Pouring the interaction surface ( 36 ) with a test liquid in which biological material to be examined and / or one or more low molecular weight compounds are suspended and / or dissolved, using a tubular fluid flow device ( 18 ) with an open end section ( 28 ), such that the test liquid flowing out of the end section ( 28 ) has a movement component which is directed towards the center of the earth; and
- Analyze the interaction surface ( 36 ) in the area of the stagnation flow after an interaction with the interaction surface ( 36 ).

14. The method of claim 13, wherein the test liquid is analyzed after an interaction with the interaction surface ( 36 ).

15. The method according to claim 13 or 14 with the further step of arranging a biological material on the interaction surface ( 36 ) of the interaction device.

16. The method according to any one of claims 13 to 15, wherein the interaction device comprises at least one at least partially semipermeable, permeable or porous sample carrier ( 34 ), the surface of which faces the end section forms the interaction surface ( 36 ), and the method further comprises:
Draining off penetration liquid with dissolved and / or suspended biological material and / or one or more low molecular weight compounds which has penetrated the sample carrier ( 34 ) starting from its interaction surface ( 36 ); and
Analyze the penetrating liquid with the dissolved and / or suspended biological material and / or one or more low molecular weight compounds.

17. The method of claim 16, wherein draining the penetrating liquid is caused by supplying and removing a rinsing liquid.

18. The method according to any one of claims 13 to 17, wherein analyzing the Interaction area and / or the assertive liquid the step of an opti analysis and / or the step of measuring chemical, biochemical and / or molecular biological parameters.

19. Use of a device according to one of claims 1 to 12 for the simulation of flow conditions in vessels and / or for the analysis of accumulation processes of dissolved and / or suspended biological material and / or one or more low molecular weight compounds on the interaction surface ( 36 ).