Levende cellen vangen in micro-piramiden

Nieuwe 3D-structuren dankzij ‘ongezochte vondst’ in lithografie

21 november 2012

Een heel veld vol piramiden, maar dan op microschaal. In elke piramide een levende cel. Dankzij de technologie voor 3D micro- en nanofabricage ontstaan verrassende nieuwe toepassingen. Zoals celstudies: dankzij de open wanden van de piramiden is de interactie van de cellen te bestuderen. Onderzoekers van de instituten MESA+ en MIRA van de Universiteit Twente presenteren deze nieuwe technologie en eerste toepassingen in het journal Small van begin december.

Veel celstudies spelen zich af in het platte vlak: dat is geen natuurlijke situatie, omdat de cellen zich anders gaan organiseren dan in bijvoorbeeld het lichaam. Geef je ze echter speelruimte in 3D, dan benader je de natuurlijke situatie beter, terwijl je de cellen wel kunt vasthouden in een array. Dat kan in de ‘open piramiden’ die gefabriceerd zijn in het NanoLab van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie.

Hoekje blijft gevuld

De technologie die hiervoor is toegepast, is eigenlijk bij toeval ontdekt, en heet ‘corner lithography’. Als je een aantal vlakken van bijvoorbeeld silicium laat samenkomen onder een scherpe hoek, dan kun je op die vlakken vervolgens een laag van een ander materiaal aanbrengen. Verwijder je die laag vervolgens weer, dan verdwijnt niet alles: in het puntje blijft wat materiaal over. En dat restje materiaal is de basis voor de vorming van –bijvoorbeeld- een minuscule piramide. Zo’n piramide is bijvoorbeeld als tip voor een Atomic Force Microscope te gebruiken. Ook biedt de technologie mogelijkheden om op nanoschaal met vloeistoffen te gaan schrijven: in dat geval wordt de ruimte boven de piramide gevuld met materiaal, wordt de piramide deels weggeëtst en ontstaat een ‘pen’ met een opening ter grootte van het grondvlak van de piramide.

Fabricage van een heel array van piramiden(met open zijden) op een membraan

Cellen vangen

In samenwerking met het MIRA Instituut voor Biomedische Technologie en Technische Geneeskunde van de UT hebben de onderzoekers verkend of de piramiden, aangebracht op een membraan, kunnen dienen als kooitjes. Met kleine bolletjes bleek dit uitstekend te werken, vervolgens hebben de onderzoekers experimenten gedaan met chondrocyten: de cellen die kraakbeen vormen. De cellen vallen door capillaire vloeistofstroming als vanzelf in de kooitjes door een gat aan de onderkant. Al snel blijken zich verbindingen en eiwit achtige afzettingen te vormen tussen cellen in nabijgelegen piramiden. Veranderingen in het fenotype van de cel zijn nu beter te bestuderen dan in het platte vlak: dat is nu de geijkte manier om cellen te laten groeien. Het is daarmee een veelbelovend instrument in het onderzoek naar onder meer weefselregeneratie.

Bolletjes gevangen in de micropiramiden

Levende cellen, chondrocyten gevangen in micropiramiden. Ze beginnen al verbindingen te vormen

De onderzoekers verwachten dat deze mogelijkheden nog flink zijn uit te breiden: zo zijn de ribben van de piramide hol te maken, zodat er een vloeistofkanaal ontstaat. Ook tussen de piramiden onderling zijn vloeistofkanalen te fabriceren, waarlangs de cellen bijvoorbeeld gevoed kunnen worden.

De publicatie ‘3D Nanofabrication of Fluidic Components by Corner Lithography’ door Erwin Berenschot, Narges Barouni, Bart Schurink, Joost van Honschoten, Remco Sanders, Roman Truckenmuller, Henri Jansen, Miko Elwenspoek, Aart van Apeldoorn en Niels Tas verschijnt als ‘inside cover’ artikel in het vakblad Small in december en kan nu al digitaal toegestuurd worden.

Contactpersoon
Wiebe van der Veen, mobiel 06 1218 5692