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Mikrofluidik Künstliche Intelligenz sortiert Pikoliter Tröpfchen mit Bakterien

Redakteur: Bernhard Richter

Mit der Tropfen-Mikrofluidik können Mikroorganismen zahlreich, schnell und mit wenig Platzbedarf kultiviert werden. Von Nachteil ist, dass die verwendeten Tröpfchen nicht unterscheidbar sind.

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Mithilfe von Kunststoffkügelchen und Künstlicher Intelligenz haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, pikolitergroße Tröpfchen zu sortieren.
Mithilfe von Kunststoffkügelchen und Künstlicher Intelligenz haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, pikolitergroße Tröpfchen zu sortieren.
(Bild: ©SITTIPONG – stock.adobe.com/ [M] MHerkersdorf)

Die Tropfen-Mikrofluidik ist ein Meilenstein in der Kultivierung und Erforschung von Mikroorganismen. Ihr Prinzip beruht auf der Unvermischbarkeit zweier Flüssigkeiten. Eine ölige und eine wässrige Flüssigkeit werden in einem winzigen Kanalsystem miteinander in Kontakt gebracht. Dabei umschließt die ölige Flüssigkeit die wässrige und es bilden sich kleinste Tröpfchen von etwa 200 Pikoliter Volumen. Mithilfe eines Helfermoleküls wird eine erneute Verschmelzung der einzelnen Tröpfchen verhindert. So dienen die Tröpfchen als winzige Bioreaktoren, die jeweils mit einer Bakterienzelle beimpft werden können. Damit erhält man große Mengen an Reinkulturen für die Suche nach neuen Mikroorganismen oder Wirkstoffen. Neben dem geringen Platzverbrauch ist diese Methode kostengünstig und funktioniert im Hochdurchsatz – also sehr schnell. Dadurch ist die Mikrofluidik in der Lage etwa die Suche nach neuen Antibiotika zu beschleunigen.

Tröpfchen nach Bakterienart sortieren

„Die Mikrofluidik hat viele Vorteile“, sagt Dr. Miguel Tovar vom Biotechnikum des Leibniz-HKI. „Aber bei mitunter wochenlanger Kultivierung kommen die Tropfen durcheinander, sodass wir keinen Überblick mehr haben, welches Bakterium in welchem Tropfen ist“, so Tovar weiter. Um dieses Problem zu lösen, zogen sie die Expertise der Forschungsgruppe Angewandte Systembiologie hinzu, die mithilfe Künstlicher Intelligenz ein System entwickelte, das die Tröpfchen nach Bakterienart oder experimentellen Bedingungen sortieren kann.