Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Eine biologische Zelle lebendig durch Mikrowellen erhitzen - Markierungsfreie, nichtinvasive Zellcharakterisierung mittels Breitband-Impedanzspektroskopie

James CM Hwang

Mikrowellen sind nicht nur zum Kochen, für intelligente Autos oder Mobiltelefone geeignet. Wir können das breite elektromagnetische Spektrum nutzen, um wunderbare Dinge zu tun, die für unser Leben wichtiger sind. Beispielsweise wird die Mikrowellenablation von Krebstumoren bereits weithin eingesetzt, und die Mikrowellen-Fernüberwachung von Vitalfunktionen wird angesichts der alternden Bevölkerung immer wichtiger. Dieser Vortrag konzentriert sich auf die biomedizinische Nutzung von Mikrowellen auf Einzelzellebene. Bei geringer Leistung können Mikrowellen leicht eine Zellmembran durchdringen, um zu untersuchen, was sich in einer Zelle befindet, ohne sie zu kochen oder anderweitig zu schädigen. Es ist derzeit die schnellste, kompakteste und kostengünstigste Methode, um festzustellen, ob eine Zelle lebt oder tot ist. Andererseits kann das elektromagnetische Signal bei höherer Leistung, aber niedrigerer Frequenz stark mit der Zellmembran interagieren und temporäre Löcher im Nanometerbereich bohren. Die Nanoporen ermöglichen die Diffusion von Medikamenten in die Zelle, und basierend auf der Reaktion der Zelle können individualisierte Medikamente entwickelt und die Medikamentenentwicklung allgemein beschleunigt werden. Umgekehrt ermöglichen die Nanoporen das Herausziehen von DNA-Molekülsträngen aus der Zelle, ohne sie zu töten, was die Gentechnik beschleunigen kann. Schließlich können wir durch Ändern der Leistung und Frequenz des Signals positive oder negative Dielektrophoreseeffekte erzielen, die wir genutzt haben, um eine lebende Zelle auf den Untersuchungstisch von Dr. Microwave zu bringen und sie nach der Untersuchung wieder hinauszubefördern. Diese interessanten Einsatzmöglichkeiten von Mikrowellen und die daraus resultierenden grundlegenden Erkenntnisse über biologische Zellen werden im Vortrag untersucht.