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Titelaufnahme

Titel
On-Chip monitoring of fungal biofilms using a Lab-on-a-chip / eingereicht von Lukas Richter
VerfasserRichter, Lukas
Betreuer / BetreuerinGrillari, Johannes
Erschienen2008
Umfang106 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Dipl.-Arb., 2008
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)yeast, biofilm, Lab-on-a-Chip, contactless IDES
Schlagwörter (EN)Hefe, Biofilm, Lab-on-a-Chip, kontaktfreier IDES
Schlagwörter (GND)Biofilm / Candida albicans / Pichia pastoris / Zellpopulation / Dynamik / Monitoring / Sensor / Chip
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-8799 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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On-Chip monitoring of fungal biofilms using a Lab-on-a-chip [5 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Wir haben einen Mikrochip entwickelt, der das dynamische Verhalten von Zellpopulationen kontinuierlich und nicht invasiv verfolgen kann. Im Rahmen dieser Arbeit wird die neuartige Kombination aus isolierten dielektrischen Sensoren und Mikrofluidik, welche das Wachstum von Biofilmen und deren quantitative Analyse ermöglicht, beschrieben. Der entwickelte Mikrochip setzt sich zusammen aus einer polymeren Fluidik (PDMS), welche kovalent mit einem Mikrochip verbunden ist. Die Anwendung von mikrofabrizierten Interdigital-Kondensatoren (IDK) als dielektrische Sensoren hat sich als günstig erwiesen, da diese in ihrer Geometrie sehr flexibel sind und so die Verteilung elektrischer Feldlinien gut kontrollierbar wird. Die (IDK) sind durch eine Mehrfachpassivierung isoliert, wodurch stabile und robuste Messbedingungen ohne Drift ermöglicht werden. Die hohe Sensitivität dieses dielektrischen Sensors ermöglicht die Identifizierung von Mikroorganismen aufgrund ihrer morphologischen Unterschiede und ihrer biologischen Zusammensetzung. Die neue Plattform wird im Rahmen dieser Arbeit zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens von Candida albicans und Pichia pastoris gebildeten Biofilmen gegenüber erhöhten Scherstress und dem Einfluss von Antibiotika verwendet. Während Scherstress dasWachstumsprofil von Hefen signifikant beeinflusst, zeigen Candida albicans Biofilme ein zweistufiges dynamisches Verhalten gegenüber dem Antibiotikum Amphotericin B mit einer Konzentration von 0.5 g/L. Anfänglich steigen die Impedanzsignale linear um 30 Ohm/h für zwei Stunden an, gefolgt von einer Steigung von 10 Ohm/h für weitere 10 Stunden, während die Viabilität der Zellen von 95% erhalten bleibt. Diese Ergebnisse demonstrieren die Möglichkeit dieses Sensors Veränderungen sub-zellulärer Strukturen in lebenden Zellen über lange Zeit zu beobachten.

Zusammenfassung (Englisch)

We have developed a microfabricated biochip capable of continuously monitoring cell population dynamics in a non-invasive manner. In the presented work we describe the novel combination of contact-less dielectric microsensors and microfluidics that promote biofilm formation for quantitative cell analysis. The developed cell chip consists of a polymeric fluidic (PDMS) system bonded to a glass wafer containing the electrodes while temperature and flow profile are controlled by external heating and pumping stations. The application of high-density interdigitated electrode structures (IDES) as dielectric sensors are ideal for cell analysis due to their flexible geometry and ability to tune electric field distribution. The IDES are isolated by a 300 nm multi-passivation layer of defined dielectric property and provide stable, robust and non-drifting measurement conditions. The performance of this detector is evaluated using various bacterial and yeast strains. The high sensitivity of the developed dielectric microsensors allows direct identification of microbial strains based on morphological differences and biological composition. The novel biofilm analysis platform is used to continuously monitor the dynamic responses of C. albicans and P. pastoris biofilms to increased shear stress and antimicrobial agent concentration. While the presence of shear stress triggers significant changes in yeast growth profiles, the addition of 0,5 g/ml Amphotericin B revealed two distinct dynamic behaviors of the C. albicans biofilm. Initially, impedance spectra increased linearly at 30 Ohm/h for two hours followed by 10Ohm/h (at 50 kHz) over 10 hours while cell viability remained above 95% during fungicide administration. These results demonstrate the ability to directly monitor dielectric changes of sub-cellular components within a living cell population.