-
Die Erfindung betrifft eine miniaturisierte Vorrichtung zur Charakterisierung biologischen Materials.
-
In jüngerer Zeit werden verstärkt Bemühungen unternommen, in Kultur herangezogene Zellen, z. B. von menschlichem Gewebe, in der regenerativen Medizin einzusetzen, um durch Krankheit oder Verletzung funktionsunfähig gewordenes Gewebe zu ersetzen. Die Eigenschaften kultivierter Zellen unterscheiden sich jedoch häufig in Abhängigkeit von den Kultivierungsbedingungen und von natürlich gewachsenen Zellen, auch wenn es sich um körpereigene Zellen handelt.
-
Es ist bekannt, dass biologisches Material, z. B. Gewebe und Zellen, unterschiedlich auf beispielsweise elektrische und elektromagnetische Felder reagiert. So gibt es Hinweise, dass das Zellwachstum durch elektrische Felder beeinflusst wird, z. B. im Fall von Knochen und Knorpelzellen (Özkucur N. et al., 2009, Local Calcium Elevation and Cell Elongation Initiate Guided Motility in Electrically Stimulated Osteoblast-Like Cells, PLoS ONE 4(7): e6131, Brighton, Carl T. et al., 2008, The Effect of Electrical Fields an Gene and Protein Expression in Human Osteoarthritic Cartilage Explants, J Bone Joint Surg Am 90: 833–848). Hammberick et al. konnten zeigen, dass Stammzellen mit elektromagnetischer Stimulation in Richtung Knochenzellen differenziert werden können (Hammerick, Kyle E., et al., 2009, Pulsed Direct Current Electric Fields Enhance Osteogenesis in Adipose-Derived Stromal Cells, Tissue Engineering Teil A, März 2010, 16(3): 917–931). Allerdings zeigen sich bei klinischen Anwendungen von elektrischen Feldern für eine beschleunigte Knochenheilung sehr unterschiedliche Wirkungen (Mollon, B. et al., 2008, Electrical Stimulation for Long-Bone Fracture-Healing: A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials, J Bone Joint Surg Am 90: 2322–2330). Zellen und Gewebe reagieren aber auch häufig spezifisch auf andere Einflussgrößen, z. B. die Temperatur, den Druck oder auch auf elektromagnetische Wellen.
-
Das genaue Verhalten von Zellen unter dem Einfluss von zum Beispiel elektrischen oder elektromagnetischen Feldern ist bisher aber weitgehend unbekannt. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die Schwierigkeit, aussagekräftige experimentelle Daten zu erhalten. Bislang werden Einzelexperimente durchgeführt, bei denen eine Zellkultur elektrischen oder elektromagnetischen Feldern ausgesetzt und anschließend die Zellvermehrung bestimmt wird. In der
WO 2009/136157 A2 ist beispielsweise ein solches System und Verfahren beschrieben, bei dem die Impedanz von Zellen gemessen wird. Zur Ermittlung eines Zusammenhanges zwischen z. B. der Wachstumsrate und der Stärke oder der Art des Feldes ist bei solchen Einzelexperimente jedoch ein hoher Aufwand erforderlich. Darüber hinaus ist die Auswertung der Ergebnisse häufig erschwert, weil die Anfangsbedingungen der Einzelexperimente nicht identisch sind.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine vergleichsweise einfache, jedoch zuverlässige und möglichst genaue Charakterisierung von biologischem Material gestattet.
-
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die Erfindung stellt eine miniaturisierte Vorrichtung zur Charakterisierung biologischen Materials bereit, umfassend:
- a. eine Mehrzahl von Probenkammern in oder auf einem Substrat zur Aufnahme einer Probe des biologischen Materials, wobei jede der Probenkammern mit mindestens einem Paar von Messelektroden ausgestattet ist,
- b. eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen, wobei jeder integrierte Schaltkreis jeweils einer oder mehreren Probenkammern räumlich zugeordnet und mit den Messelektroden der jeweils zugeordneten Probenkammer(n) elektrisch verbunden ist, und wobei
- c. die integrierten Schaltkreise so ausgestaltet und eingerichtet sind, dass die Messelektroden jeder der Probenkammern individuell mit einer Spannung beaufschlagt werden können und der Widerstand zwischen den Messelektroden für jede der Probenkammern individuell gemessen werden kann.
-
Die Erfindung ermöglicht eine hochparallele und individualisierte Charakterisierung biologischen Materials. Mit Hilfe der miniaturisierten Vorrichtung kann eine große Anzahl von Probenkammern auf kleiner Fläche, z. B. auf einem Quadratmillimeter, untergebracht werden und eine Vielzahl von Proben kann unter gleichen Bedingungen anhand elektrischer Parameter charakterisiert werden. Durch die Kombination aus der räumlichen Zuordnung zwischen Probenkammer(n) und integriertem Schaltkreis und der Miniaturisierung ist es möglich, parasitäre Effekte, d. h. physikalische Effekte, die nicht in direktem Zusammenhang mit der gewünschten Funktion der Schaltung stehen, z. B. Antenneneffekte, zu minimieren über ganz zu vermeiden.
-
„Miniaturisiert” bedeutet hier eine räumliche Ausdehnung von nicht mehr als wenigen Millimetern in jeder Dimension. Eine „miniaturisierte Vorrichtung” ist dementsprechend eine Vorrichtung mit einer räumlichen Ausdehnung von nicht mehr als wenigen Millimetern in jeder Dimension. Eine erfindungsgemäße miniaturisierte Vorrichtung hat vorzugsweise in jeder Dimension eine Ausdehnung von nicht mehr als 2 mm, besonders bevorzugt 1 mm. Insbesondere wird hier unter einer miniaturisierten Vorrichtung eine mit Verfahren der Mikrosystemtechnik (MST) hergestellte Vorrichtung verstanden. Solche Verfahren sind dem Fachmann auf diesem Gebiet gut bekannt und umfassen beispielsweise Strukturierungsverfahren (Lithographieverfahren wie z. B. die Röntgen-Tiefen-Lithographie und UV-Lithographie, Excimerlaser-Strukturierung, mechanische Mikrofertigung, LIGA-Technik), Dünnschichttechniken, Dotierungen, Ätztechniken (Nasschemische Ätzverfahren wie z. B. Tauchätzung und Sprühätzung; Trockenätzverfahren wie die Plasmaätzung, reaktive Ionenätzung (RIE) und die Ionenstrahlätzung) und auch plasmagestützte chemische Abscheideverfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD).
-
Unter dem Begriff „Widerstand” wird der elektrische Widerstand als Maß dafür verstanden, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um einen bestimmten elektrischen Strom durch einen elektrischen Leiter fließen zu lassen. Der Begriff umfasst hier sowohl den Gleichstromwiderstand (Ohm'scher Widerstand) als auch den Wechselstromwiderstand (Scheinwiderstand, Impedanz). Unter „Spannung” wird die elektrische Spannung verstanden, d. h. die Arbeit oder Energie, die nötig ist, um ein Objekt mit einer bestimmten elektrischen Ladung innerhalb eines elektrischen Feldes zu bewegen. Der Begriff umfasst sowohl eine Gleichspannung als auch eine Wechselspannung. Unter „Strom” wird hier der elektrische Strom, d. h. der gerichtete Anteil einer Bewegung von Ladungsträgern durch einen definierten Bereich verstanden. Der Begriff umfasst die Begriffe Gleichstrom und Wechselstrom.
-
„Biologisches Material” ist jedes Material biologischen Ursprungs, d. h. ein in einem Lebewesen natürlicherweise vorkommendes oder durch ein Lebewesen produziertes Material, beispielsweise prokaryotische und eukaryotische Zellen, Gewebe, Zellextrakte oder Zelllysate. Unter biologischem Material wird hier insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, biologisches Material von Säugetieren, z. B. vom Menschen, verstanden, z. B. lebende menschliche Zellen, Kulturen lebender menschlicher Zellen und lebendes menschliches Gewebe. Auch Viren sind „biologisches Material” im Sinne der vorliegenden Erfindung.
-
Unter dem Begriff „räumliche Zuordnung” wird eine möglichst enge räumliche Nähe zweier Komponenten, z. B. zwischen einer Probenkammer und einem integrierten Schaltkreis (IC) verstanden. „Möglichst enge räumliche Nähe” bedeutet hier einen Abstand zwischen den Komponenten von nicht mehr als 300 μm, vorzugsweise nicht mehr als 200 μm, weiter bevorzugt nicht mehr als 150 μm, weiter bevorzugt nicht mehr als 100 μm, besonders bevorzugt nicht mehr als 50 μm, wobei unter dem Abstand die Strecke zwischen den Zentren der jeweiligen Komponenten verstanden wird. Vorzugsweise wird unter „möglichst enger räumlicher Nähe” die unmittelbare Nachbarschaft zweier Komponenten verstanden, d. h. das unmittelbare Aneinandergrenzen der Komponenten.
-
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Probenkammer jeweils einem integrierten Schaltkreis zugeordnet sein. Es können aber auch mehrere Probenkammern jeweils einem integrierten Schaltkreis zugeordnet sein, wobei die Probenkammern auch in diesem Fall vorzugsweise individuell von dem integrierten Schaltkreis gesteuert werden können. Vorteilhaft können beispielsweise vier, sechs, acht, zehn, zwölf, vierzehn oder sechzehn Probenkammern einem integrierten Schaltkreis zugeordnet sein. Dabei sind Probenkammer(n) und integrierter Schaltkreis möglichst so angeordnet, dass sich möglichst geringe und vorzugsweise identische Abstände zwischen integriertem Schaltkreis und Probenkammern ergeben. Beispielsweise kann im Falle eines vier Probenkammern zugeordenten integrierten Schaltkreises der integrierte Schaltkreis im Zentrum eines Quadrates angeordnet sein, dessen vier Ecken durch die Probenkammern gebildet sind. Probenkammern und integrierte Schaltkreise sind bevorzugt matrixartig auf oder in dem Substrat angeordnet.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Hilfe mikrosystemtechnischer Verfahren hergestellt werden. Die Probenkammern können beispielsweise mit Hilfe der Laserabtragung (Laser-Ablation) in einem geeigneten Substratmaterial strukturiert werden. Vorzugsweise ist das Substratmaterial biokompatibel, übt also keinen oder einen vernachlässigbaren negativen Einfluss auf lebendes biologisches Material, z. B. menschliches Gewebe oder menschliche Zellen, in der Probenkammer aus. Als Substratmaterial kommen verschiedene dem Fachmann bekannte Materialien in Frage, z. B. Silizium, Keramik, Glas, PTFE (Polytetrafluorethylen) und Kompositmaterialien, z. B. glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), sowie Kombinationen dieser Materialien, z. B. entsprechende Laminate. Besonders bevorzugt ist das Substratmaterial hochfrequenztauglich. Ein solches Material sind beispielsweise glasfaserverstärkte Kohlenwasserstoff/Keramik-Laminate (z. B. RO4000, Rogers Corporation, Chandler, U. S. A.).
-
Die Probenkammer(n) ist (sind) vorzugsweise hinsichtlich des jeweiligen Anwendungszweckes dimensioniert. Beispielsweise kann (können) die Probenkammer(n) bei Eukaryotenzellen so dimensioniert sein, dass mindestens eine Eukaryotenzellen aufgenommen werden kann, z. B. 10 μm × 10 μm × 10 μm, 15 μm × 15 μm × 15 μm oder 20 μm × 20 μm × 20 μm. Bei Geweben ist (sind) die Probenkammer(n) gegebenenfalls größer, bei Bakterienzellen oder Viren kleiner dimensioniert. Die Abmessungen müssen dabei nicht in allen Dimensionen gleich sein, sondern können auch verschieden sein. Die Probenkammern können beispielsweise nach einer Seite offen oder allseitig geschlossen sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die integrierten Schaltkreise so ausgestaltet und eingerichtet, dass die Messelektroden jeder Probenkammer individuell mit einer Wechselspannung variabler Frequenz beaufschlagt werden können und bei verschiedenen Wechselspannungsfrequenzen die Impedanz zwischen den Messelektroden für jede der Probenkammer individuell gemessen werden kann. Mit dieser Ausführungsform kann der frequenzabhängige Impedanzverlauf bei der Probe gemessen werden. Dieser erlaubt besonders wertvolle Rückschlüsse auf wichtige Zelleigenschaften.
-
Besonders bevorzugt sind die integrierten Schaltkreise bei dieser Ausführungsform so ausgestaltet und eingerichtet, dass die Messelektroden mit Wechselspannungsfrequenzen von ≥ 5 GHz, bevorzugt ≥ 6 GHz, ≥ 7 GHz, ≥ 8 GHz, ≥ 9 GHz oder ≥ 10 GHz, weiter bevorzugt im Bereich von 5–300 GHz, 5–250 GHz, 5–200 GHz, 5–150 GHz, 5–100 GHz oder 5–50 GHz, besonders bevorzugt im Bereich von 10–300 GHz, 10–250 GHz, 10–200 GHz, 10–150 GHz, 10–100 GHz, 10–50 GHz, 10–40 GHz, 10–30 GHz, 10–20 GHz oder 10–15 GHz beaufschlagt werden können. Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für hohe Frequenzen von z. B. ab ca. 10 GHz erlaubt besonders genaue Messungen der Impedanz von biologischem Material. Biologisches Material wie Zellen und/oder Gewebe muss sich regelmäßig in einer wässrigen Nährflüssigkeit befinden, um in lebendem Zustand untersucht werden zu können. Der hohe Wassergehalt der Nährflüssigkeit führt jedoch dazu, dass Zellimpedanzänderungen nur schwer gemessen werden können. Grund hierfür ist die vergleichsweise hohe elektrische Permittivität des Wassers. Die Permittivität gibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder an. Die im Vergleich zum biologischen Material hohe elektrische Permittivität des Wassers bestimmt das Messsignal, so dass kleine Änderungen der Permittivität des biologischen Materials schlecht oder gar nicht aufgelöst werden können. Daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so eingerichtet und ausgestaltet, dass sie bei Wechselspannungsfrequenzen betrieben werden kann, bei denen die Permittivität des Wassers, die bei niedrigen Frequenzen im kHz-Bereich bei 80 liegt, kleine Werte, z. B. ca. 4, annimmt. Bei den oben genannten Frequenzen ist das der Fall, so dass eine feinere Auflösung ermöglicht wird. In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. sind deren Bestandteile, z. B. die integrierten Schaltkreise und das Substratmaterial, hochfrequenztauglich, d. h. für den Betrieb bei Wechselspannungsfrequenzen von ≥ 5 GHz, bevorzugt ≥ 6 GHz, ≥ 7 GHz, ≥ 8 GHz oder ≥ 9 GHz und besonders bevorzugt bei Wechselspannungsfrequenzen ≥ 10 GHz, ausgelegt. Dabei kann als Bestandteil des integrierten Schaltkreises beispielsweise ein in SiGe-Technologie hergestellter LC-Oszillator vorgesehen sein. Die bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform realisierte Kombination aus Miniaturisierung, räumlicher Nähe von Probenkammer(n) und zugeordnetem Schaltkreis und Impedanzmessung bei hohen Wechselspannungsfrequenzen ermöglicht eine besonders genaue und differenzierte Charakterisierung biologischen Materials, die bislang nicht möglich war. Beispielsweise sind anhand der Feinstruktur des Impedanzverhaltens Rückschlüsse auf zellinterne Vorgänge, z. B. Stoffwechselprozesse, möglich.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es in einer bevorzugten Ausführungsform auch, parallel eine Vielzahl von Proben gezielt unterschiedlichen Testbedingungen zu unterwerfen. Zu den möglichen Testbedingungen zählen die Exposition gegenüber elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern, Schall sowie unterschiedlichen Temperaturen und Drücken. Bevorzugt ist daher zumindest ein Teil der Probenkammern, vorzugsweise jedoch jede Probenkammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
- a. einem Paar Feldelektroden zur Anlegung eines elektrischen Gleich- oder Wechselfeldes an die Probe, und/oder
- b. einem Wärmegenerator und/oder
- c. einem piezoelektrischen Druckgeber und/oder
- d. einem Schallerzeuger und/oder
- e. einem Erzeuger eines magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldes
ausgestattet, wobei die erfindungsgemäße miniaturisierte Vorrichtung so eingerichtet ist, dass jedes Feldelektrodenpaar, jeder Wärmegenerator, jeder piezoelektrische Druckgeber und jeder Erzeuger eines magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldes mittels des integrierten Schaltkreises individuell steuerbar und einstellbar ist.
-
Mit Hilfe dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine hohe Anzahl von Proben, z. B. Zellproben, jeweils individuell wählbaren äußeren Bedingungen, z. B. elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldern, Temperaturen und/oder Drücken ausgesetzt werden. Dadurch lässt sich beispielsweise in einem Experiment das Verhalten von Zellen bei einer großen Anzahl unterschiedlicher elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer Feldstärken ermitteln. So lassen sich gegebenenfalls zum Beispiel zell-, gewebe- oder spenderspezifische Feldoptima für die Zellproliferation und/oder -differenzierung ermitteln. Beispielsweise können in einer Vielzahl unabhängiger Probenkammern die gleichen Zellen (z. B. Stammzellen, Knochenzellen, Osteoklasten, Osteoblasten, Hautzellen, Zellen anderer Organe, Bakterien, Pilze, Viren etc.), Gemische verschiedener Zellen oder Gewebe mit elektrischen und/oder magnetischen Feldern stimuliert werden, wobei die Felder bestimmte Eigenschaften aufweisen (z. B. hinsichtlich Stärke, Frequenz, Gleich- oder Wechselfeld), die in den verschiedenen Probenkammern unterschiedlich eingestellt sind. Hierdurch ist es möglich, in einem Versuch die Wirkung mehrerer unterschiedlicher Felder auf die verwendeten Zellen, Zellgemische oder Gewebe gleichzeitig zu untersuchen, um Maxima und Minima in den Effekten festzustellen, z. B. verstärkte oder verminderte Proliferation, Differenzierung in bestimmte Richtungen, Änderungen der Gen- und/oder Proteinexpression, Änderung anderer Zellfunktionen, Selektion einzelner Anteile aus Zellmischungen (z. B. selektives Abtöten von Bakterien oder Tumorzellen, Anregung von Stammzellen). Unterschiedliche Drücke können zum Beispiel mit Hilfe piezoelektrischen Druckgeber erzeugt werden, Wärme mit Hilfe eine Spule mit geeignetem Widerstand, Schall mit Hilfe geeigneter Schallerzeuger, z. B. Mikromembranen, Magnetfelder beispielsweise mit Hilfe stromdurchflossener Spulen, elektromagnetische Felder beispielsweise mittels entsprechender Schwingkreise erzeugt werden.
-
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die integrierten Schaltkreise mit einem Datenbussystem verbunden. Mit Hilfe des Datenbussystems können sowohl die Daten der Widerstands-/Impedanzmessung Form z. B. an eine Schnittstelle, beispielsweie eine PC-Schnittstelle, geleitet werden als auch die Schaltkreise gesteuert werden, vorzugsweise mittels digitaler Signale. Die Steuerung der Schaltkreise und auch die Datenausgabe kann damit über ein Bussystem erfolgen, das über eine Standardschnittstelle verfügt oder an eine Standardschnittstelle angeschlossen werden kann, so dass ein vollautomatischer Messbetrieb, z. B. mittels eines PC, möglich ist.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren zu einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu Veranschaulichungszwecken näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts der Ausführungsform in 1,
-
3 eine Detailansicht einer Probenkammer.
-
1 zeigt schematisch eine seitliche Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen miniaturisierten Vorrichtung 1. Auf einem biokompatiblen Substrat 2, hier einem hochfrequenztauglichen glasfaserverstärkten Kohlenwasserstoff/Keramik-Laminat (RO4000, Rogers Corporation, Chandler, U. S. A.), sind matrixartig Messmodule 3 angeordnet. Dargestellt sind hier lediglich acht solche Messmodule 3. Die gewellten Linien deuten an, dass die Vorrichtung eine größere Zahl von Messmodulen 3 umfassen kann. Die Vorrichtung 1 weist Abmessungen von wenigen Millimetern auf. Ein Messmodul 3 umfasst hier vier Probenkammern 4 (s. auch 2), die per Laserabtragung in das Substrat strukturiert wurden und beispielsweise Abmessungen von 20 × 20 × 20 μm oder beispielsweise auch von 100 μm (Breite) × 100 μm (Höhe) × 20 μm (Tiefe) haben können. Zur elektrischen Trennung der Seitenwände in der Probenkammer wurde ein chemisches Ätzverfahren verwendet. Nach der Strukturierung wurde eine ultradünne Isolationsschicht aufgetragen. Die Probenkammern 4 sind einem integrierten Schaltkreis 5 räumlich zugeordnet, wobei die Probenkammern 4 hier in gleichem Abstand von beispielsweise etwa 100 μm um den integrierten Schaltkreis 5 angeordnet sind. Die Probenkammern 4 sind durch Leitungen 6 mit den integrierten Schaltkreise 5 verbunden, die untereinander wiederum über ein Datenbussystem 7 verbunden sind. Das Datenbussystem kann an eine Schnittstelle angeschlossen sein. Über das Datenbussystem 7 können die Daten, vorzugsweise in digitalisierter Form, von den Messmodulen 3 weitergeleitet werden, und darüber hinaus können die integrierten Schaltkreise 5 darüber mit Hilfe digitaler Daten gesteuert werden.
-
2 zeigt ein Messmodul 3 der in 1 dargestellten miniaturisierten Vorrichtung. Der integrierte Schaltkreis 5 weist vier Einheiten A–D auf. Jede Einheit ist jeweils mit allen zugeordneten Probenkammern 4 verbunden.
-
Einheit A umfasst einen Hochfrequenz-Oszillator, der Testsignale im Gigahertz-Bereich erzeugt. Die Frequenz ist hierbei durchstimmbar und wird mittels einer Kontrollspannung gesteuert. Die Testsignale dienen zur Ermittlung der Impedanzänderungen im hohen Frequenzbereich der Vorrichtung. Diese Einheit kann aus einem LC-Oszillator bestehen, der in SiGe-Technologie hergestellt wird.
-
Einheit B umfasst eine Schaltung, welche die Impedanz im hohen Frequenzbereich ermittelt. Hierzu können unterschiedliche Methoden verwendet werden, beispielsweise die im „Agilent Impedance Measurement Handbook" (4. Aufl. Agilent Technologies, Inc., P/N 5950-3000) beschriebenen Verfahren. Zu diesen zählen der Einsatz einer Brückenschaltung, der Abgleich eines Resonanzkreises, eine Strom- und Spannungsmessung, die Netzwerkanalyse mittels Messung der Transmission und Reflexion einer einfallenden Welle sowie die Verwendung einer sogenannten „Auto-Balancing-Bridge”. Bei einer Ausführung als Brückenschaltung könnte beispielsweise ein Hochfrequenzmischer zum Heruntermischen der Testsignale auf Gleichspannung oder niedrige Frequenzen verwendet und mittels eines Gilbert-Mischers in einer SiGe-Technologie realisiert werden.
-
Einheit C umfasst eine Hochvolt-Stimulationsschaltung. Diese kann von außen konfigurierte Stimulationssignalformen über eine Digital-Analog-Wandlung im niedrigen Spannungsbereich an einen Hochvolt-Operationsverstärker liefern. Dieser stimuliert die Probenkammern mit Spannungen von über 40 V. Die Realisierung erfolgt in einer Hochvolt-CMOS-Technologie.
-
Einheit D umfasst eine Impedanzmessschaltung für den niedrigen Frequenzbereich. Hierbei wird ein niederfrequentes Testsignal erzeugt und an die Probenkammer angelegt. Der Wechselstrom, welcher durch die Probenkammer fließt, wird in eine Spannung umgewandelt und digitalisiert. Für eine frequenzabhängige Impedanzanalyse wird auch das Eingangssignal digitalisiert und mit dem Ausganggssignal verglichen. Diese Einheit wird in einem Standard-CMOS-Prozess gefertigt.
-
3 zeigt schematisch eine Probenkammer 4. Die Probenkammer 4 ist in das Substrat 2 durch z. B. Laserabtragung eingebracht und weist ein Paar Messelektroden 8 zur Messung des Strom-Spannungsverhaltens und/oder der Impedanz und damit zur elektrischen Charakterisierung der Probe auf. Darüber hinaus ist ein Paar Feldelektroden 9 vorgesehen. Mit Hilfe der Feldelektroden 9 kann eine Probe in der Probenkammer 4 beispielsweise mit einem elektrischen Feld beaufschlagt werden. Die erforderlichen Spannnungen werden von dem zugeordneten integrierten Schaltkreis 5 bereitgestellt. Die Felder lassen sich für jede Probenkammer 4 individuell einstellen. Dadurch lässt sich das beispielsweise das Zellverhalten bei einer großen Anzahl unterschiedlicher Feldbedingungen experimentell bestimmen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Özkucur N. et al., 2009, Local Calcium Elevation and Cell Elongation Initiate Guided Motility in Electrically Stimulated Osteoblast-Like Cells, PLoS ONE 4(7): e6131 [0003]
- Brighton, Carl T. et al., 2008, The Effect of Electrical Fields an Gene and Protein Expression in Human Osteoarthritic Cartilage Explants, J Bone Joint Surg Am 90: 833–848 [0003]
- Hammerick, Kyle E., et al., 2009, Pulsed Direct Current Electric Fields Enhance Osteogenesis in Adipose-Derived Stromal Cells, Tissue Engineering Teil A, März 2010, 16(3): 917–931 [0003]
- Mollon, B. et al., 2008, Electrical Stimulation for Long-Bone Fracture-Healing: A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials, J Bone Joint Surg Am 90: 2322–2330 [0003]
- „Agilent Impedance Measurement Handbook” (4. Aufl. Agilent Technologies, Inc., P/N 5950-3000) [0028]
