Liquid Handling im Weltraum

mit der memetis Mikroventil-Array Lösung
memetis Multi-Port Mikroventil System zur Durchflussregelung in Mikrogravitations-Experimenten

Die Entwicklung des memetis 24-Mikroventil-Array-Systems für die automatische Steuerung von Flüssigkeitsströmen begann mit einem ehrgeizigen Forschungsprojekt, das darauf abzielte, Experimente zur Wechselwirkung zwischen Medikamenten und Zellen im Weltraum durchzuführen.

In der Mikrogravitation altern Zellen schneller und entwickeln 3D-Strukturen leichter als unter der Schwerkraft der Erde. Dies macht die Mikrogravitation zum Vorteil für die Entwicklung von Organoiden und Sphäroiden sowie für die Untersuchung von Alterungsbedingungen.

Um diese biologischen Vorteile für weltraumgestützte Experimente nutzen zu können, wurde eine automatisierte und ultrakompakte Lösung für das Liquid Handling benötigt.

Multi-Kanal Fluid Steuerung mit einem Modul

memetis 24-Mikroventil-Array integriertes Modul mit dem kundenspezifischen fluidischen Multiport-Verteiler

Die Herausforderung des Kunden bestand darin, 12 parallele Experimente mit automatischer Fluidsteuerung in einem 1U CubeSat (10 cm Würfel) mit einem Gesamtgewicht von nicht mehr als 2 kg zu ermöglichen.

Die Anforderungen an das Flüssigkeitssteuerungsmodul waren:

  • 24 aktive Mikroventile zur Steuerung der Reagenzienvorbereitung, -zufuhr und -entnahme
  • 75×25 mm² Grundfläche (Mikroskopieobjektträgerformat)
  • so leicht wie möglich
Schema des mikrofluidischen Kanals, des Multi-Aktor-Moduls und Konstruktionszeichnung des Multi-Port-Moduls

Die Lösung von memetis war ein Multi-Aktor-Modul mit integrierter elektronischer Steuerung, das ein dichtes On-Chip-Ventil-Array verbindet, das in einen kundenspezifisch entwickelten fluidischen Verteiler mit Mini-Luer-Anschlüssen eingebettet ist.

Dieses integrierte Subsystem ermöglicht eine vollautomatische Fluidsteuerung zum Mischen, Zuführen und Entfernen von Reagenzien für die 12 parallelen Experimente.

Sehen Sie es in Action!

Video-Thumbnail für das mini & mighty 24-Kanal-Mikroventilsystem für fortschrittliches Liquid Handling

Während das Projekt die Vorbereitungen für den Weltraumflug fortsetzt, hat memetis einen Demonstrator entwickelt, der die Kernfunktionen des integrierten Multiventilsystems zeigt.

Der Demonstrator führt ein aktives Multiplex-Flüssigkeitshandling durch, ohne dass die WissenschaftlerInnen oder AstronautInnen eingreifen müssen.

Das Demosystem besteht aus der memetis 24-Mikroventillösung, einer Flüssigkeitspumpe von Bartels und 14 Flüssigkeitsbehältern. Zwei 10-ml-Spritzen an den Seiten dienen als Ursprungs- und Sammelbehälter für 12 kleinere 1-ml-Spritzen, die in der Mitte angeordnet sind.

Sehen Sie das System in Action


Link zum Multi-Ventil-System Video

Kundenspezifische Anpassungsmöglichkeiten

Die Mikroventil-Array-Lösungen von memetis haben einen mehrschichtigen Aufbau, der sich gut für kundenspezifische Anpassungen eignet und die Implementierung von kundenspezifischen Fluidikschemata ermöglicht. Jede der Integrationsschnittstellen kann angepasst werden, ebenso wie das Manifold-Design und die Anzahl der Mikroventile:

Seitenansicht des Multi-Port-Multiventilmoduls mit kundenspezifischer Elektronik, Betätigung und Ventilen sowie fluidischen Verteilerebenen
Elektronische Schnittstelle 4-wire interface (I2C), USB, und weitere
Mikroventil Anzahl im Array Standardisierte Komponenten verfügbar für das Vielfache von 8 Kanälen, oder für jede beliebige Anzahl an Kanälen mit einem 3 mm Pitch 
Fluidische Konnektoren Mini Luer, Luer, Adapter mit Gewinde wie IDEX, Flachmontage-Schnittstellen, und weitere
Fluidische Kanalstruktur Kundenspezifisch designter Fluid-Verteiler

Article published June 17, 2025

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