Bioengineering in microfluidic reactors;Bioreaktionstechnik in mikrofluidischen reaktoren

Chemie-Ingenieur-Technik

Volumn 87, Issue 5, 2015, Pages 505-517

  Peterat, Gena ^a   Lladõ Maldonado, Susanna ^a   Edlich, Astrid ^a   Rasch, Detlev ^a   Dietzel, Andreas ^a   Krull, Rainer ^a  

^a TECHNICAL UNIVERSITY OF BRAUNSCHWEIG   (Germany)

Author keywords

Biotechnological application; Lab on a chip; Micro bioreactor; Screening tool

Indexed keywords

BIOCONVERSION; BIOREACTORS; LAB-ON-A-CHIP;

BIOTECHNOLOGICAL APPLICATIONS; CULTIVATION PROCESS; HIGH-THROUGHPUT OPERATION; MICRO BIOREACTOR; MICRO-FLUIDIC REACTORS; PHARMACEUTICAL BIOTECHNOLOGY; PROCESS DEVELOPMENT; SCREENING TOOL;

BIOTECHNOLOGY;

EID: 84928647111     PISSN: 0009286X     EISSN: 15222640     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cite.201400176     Document Type: Article

References (97)

1. A. Zanzotto, N. Szita, P. Boccazzi, P. Lessard, A. J. Sinskey, K. F. Jensen, Biotechnol. Bioeng. 2004, 87 (2), 243. DOI: 10.1002/bit.20140
2. F. Garcia-Ochoa, E. Gomez, Biotechnol. Adv. 2009, 27 (2), 153. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2008.10.006
3. D. N. Breslauer, P. J. Lee, L. P. Lee, Mol. Biosyst. 2006, 2 (2), 97. DOI: 10.1039/b515632g
4. J. El-Ali, P. K. Sorger, K. F. Jensen, Nature 2006, 442 (7101), 403. DOI: 10.1038/nature05063
5. X. Y. Peng, P. C. H. Li, Anal. Chem. 2004, 76 (18), 5273. DOI: 10.1021/ac049384s
6. M.-H. Wu, S.-B. Huang, Z. Cui, Z. Cui, G.-B. Lee, Biomed. Microdevices 2008, 10 (2), 309. DOI: 10.1007/s10544-007-9138-3
7. H. Bridle, M. Millingen, A. Jesorka, Lab Chip 2008, 8 (3), 480. DOI: 10.1039/b718368b
8. F. O. Soares, J. H. Correia, 1st Annual International IEEE-EMBS Special Topic Conference on Microtechnologies in Medicine and Biology, Lyon, Oktober 2000.
9. S. Kliche, K. Räuchle, M. Bertau, W. Reschetilowski, Chem. Ing. Tech. 2009, 81 (3), 343. DOI: 10.1002/cite.200800101
10. P. Gravesen, J. Branebjerg, O. S. Jensen, J. Micromech. Microeng. 1993, 3 (4), 168. DOI: 10.1088/0960-1317/3/4/002
11. A. Manz, N. Graber, H. M. Widmer, Sens. Actuators, B 1990, 1 (1-6), 244. DOI: 10.1016/0925-4005(90)80209-I
12. M. L. Kovarik, P. C. Gach, D. M. Ornoff, Y. Wang, J. Balowski, L. Farrag, N. L. Allbritton, Anal. Chem. 2012, 84 (2), 516. DOI: 10.1021/ac202611x
13. D. J. Harrison, A. Manz, Z. Fan, H. Luedi, H. M. Widmer, Anal. Chem. 1992, 64 (17), 1926. DOI: 10.1021/ac00041a030
14. Y. Kostov, P. Harms, L. Randers-Eichhorn, G. Rao, Biotechnol. Bioeng. 2001, 72 (3), 346. DOI: 10.1002/1097-0290(20010205)72:3<346::AID-BIT12>3.0.CO;2-X
15. S. Lamping, H. Zhang, B. Allen, P. Ayazi Shamlou, Chem. Eng. Sci. 2003, 58 (3-6), 747. DOI: 10.1016/S0009-2509(02)00604-8
16. R. Puskeiler, A. Kusterer, G. T. John, D. Weuster-Botz, Biotechnol. Appl. Biochem. 2005, 42 (3), 227. DOI: 10.1042/BA20040197
17. S. D. Doig, K. Ortiz-Ochoa, J. M. Ward, F. Baganz, Biotechnol. Prog. 2005, 21 (4), 1175. DOI: 10.1021/bp050064j
18. S. D. Doig, A. Diep, F. Baganz, Biochem. Eng. J. 2005, 23 (2), 97. DOI: 10.1016/j.bej.2004.10.014
19. J. I. Betts, F. Baganz, Microb. Cell Fact. 2006, 5, 21. DOI: 10.1186/1475-2859-5-21
20. D. C. Duffy, J. C. McDonald, O. J. Schueller, G. M. Whitesides, Anal. Chem. 1998, 70 (23), 4974. DOI: 10.1021/ac980656z
21. J. C. McDonald, D. C. Duffy, J. R. Anderson, D. T. Chiu, H. Wu, O. J. Schueller, G. M. Whitesides, Electrophoresis 2000, 21 (1), 27. DOI: 10.1002/(SICI)1522-2683(20000101)21:1<27::AID-ELPS27>3.0.CO;2-C
22. G. M. Whitesides, E. Ostuni, S. Takayama, X. Jiang, D. E. Ingber, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2001, 3, 335. DOI: 10.1146/annurev.bioeng.3.1.335
23. J. C. McDonald, G. M. Whitesides, Acc. Chem. Res. 2002, 35 (7), 491. DOI: 10.1021/ar010110q
24. V. Sharma, M. Dhayal, S. M. Shivaprasad, S. C. Jain, Vacuum 2007, 81 (9), 1094. DOI: 10.1016/j.vacuum.2007.02.004
25. Z. Wu, K. Hjort, Lab Chip 2009, 9 (11), 1500. DOI: 10.1039/b901651a
26. M. N. H. Zainal Alam, K. V. Gernaey, J. Teknol. 2012, 59 (1), 53. DOI: 10.11113/jt.v59.1268
27. W. Zhang, S. Lin, C. Wang, J. Hu, C. Li, Z. Zhuang, Y. Zhou, R. a Mathies, C. J. Yang, Lab Chip 2009, 9 (21), 3088. DOI: 10.1039/b907254c
28. Y. Xia, G. M. Whitesides, Annu. Rev. Mater. Sci. 1998, 28 (1), 153. DOI: 10.1146/annurev.matsci.28.1.153
29. Y. Xia, G. M. Whitesides, Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37 (5), 550. DOI: 10.1002/(SICI)1521-3773(19980316)37:5<550::AID-ANIE550>3.0.CO;2-G
30. S. R. Quake, Science 2000, 290 (5496), 1536. DOI: 10.1126/science.290.5496.1536
31. Z. Zhang, P. Boccazzi, H.-G. Choi, G. Perozziello, A. J. Sinskey, K. F. Jensen, Lab Chip 2006, 6 (7), 906. DOI: 10.1039/b518396k
32. D. Schäpper, M. N. H. Z. Alam, N. Szita, A. Eliasson Lantz, K. V. Gernaey, Anal. Bioanal. Chem. 2009, 395 (3), 679. DOI: 10.1007/s00216-009-2955-x
33. T. V. Kirk, N. Szita, Biotechnol. Bioeng. 2013, 110 (4), 1005. DOI: 10.1002/bit.24824
34. S. Demming, Ph.D. Thesis, Technische Universität Braunschweig 2010.
35. S. Demming, G. Peterat, A. Llobera, H. Schmolke, A. Bruns, M. Kohlstedt, A. Al-Halhouli, C.-P. Klages, R. Krull, S. Büttgenbach, Biomicrofluidics 2012, 6 (3), 34106. DOI: 10.1063/1.4738587
36. G. Peterat, H. Schmolke, T. Lorenz, A. Llobera, D. Rasch, A. T. Al-Halhouli, A. Dietzel, S. Büttgenbach, C.-P. Klages, R. Krull, Biotechnol. Bioeng. 2014, 111 (9), 1809. DOI: 10.1002/bit.25243
37. G. Peterat, in Prozesstechnik und reaktionskinetische Analysen in einem mehrphasigen Mikrobioreaktorsystem (Ed:, R. Krull,), ibvt-Schriftenreihe, Vol. 75, Cuvillier-Verlag, Göttingen 2014.
38. J. Hallborn, R. Carlsson, Biotechniques 2002, 33 (suppl.), 30.
39. P. Wenk, J. Hemmerich, C. Müller, F. Kensy, Chem. Ing. Tech. 2012, 84 (5), 704. DOI: 10.1002/cite.201100206
40. R. Huber, D. Ritter, T. Hering, A.-K. Hillmer, F. Kensy, C. Müller, L. Wang, J. Büchs, Microb. Cell Fact. 2009, 8, 42. DOI: 10.1186/1475-2859-8-42
41. J. Hemmerich, N. Adelantado, J. M. Barrigõn, X. Ponte, A. Hörmann, P. Ferrer, F. Kensy, F. Valero, Microb. Cell Fact. 2014, 13 (1), 36. DOI: 10.1186/1475-2859-13-36
42. D. Weuster-Botz, J. Altenbach-Rehm, A. Hawrylenko, Bioprocess Biosyst. Eng. 2001, 24 (1), 3. DOI: 10.1007/s004490100222
43. F. Furno, K. S. Morley, B. Wong, B. L. Sharp, P. L. Arnold, S. M. Howdle, R. Bayston, P. D. Brown, P. D. Winship, H. J. Reid, J. Antimicrob. Chemother. 2004, 54 (6), 1019. DOI: 10.1093/jac/dkh478
44. J. R. Morones, J. L. Elechiguerra, A. Camacho, K. Holt, J. B. Kouri, J. T. Ramírez, M. J. Yacaman, Nanotechnol. 2005, 16 (10), 2346. DOI: 10.1088/0957-4484/16/10/059
45. S. W. Rhee, A. M. Taylor, C. H. Tu, D. H. Cribbs, C. W. Cotman, N. L. Jeon, Lab Chip 2004, 5 (1), 102. DOI: 10.1039/b403091e
46. T. Bechert, P. Steinrücke, J. P. Guggenbichler, Nat. Med. 2000, 6 (9), 1053. DOI: 10.1038/79568
47. K. Boxshall, M. Wu, Z. Cui, Z. Cui, J. F. Watts, M. A. Baker, Surf. Interface Anal. 2005, 38 (4), 198. DOI: 10.1002/sia.2274
48. H. Choi, P. Boccazzi, P. E. Laibinis, A. J. Sinskey, K. F. Jensen, 7th lnternational Conference on Miniaturized Chemical and Biochemical Analysts Systems, Squaw Valley, CA, Oktober 2003.
49. S. Hu, X. Ren, M. Bachman, C. E. Sims, G. P. Li, N. Allbritton, Anal. Chem. 2002, 74 (16), 4117. DOI: 10.1021/ac025700w
50. S. Mandal, J. M. Rouillard, O. Srivannavit, E. Gulari, Biotechnol. Prog. 2007, 23 (4), 972. DOI: 10.1002/bp070070a
51. Y. Matsubara, Y. Murakami, M. Kobayashi, Y. Morita, E. Tamiya, Biosens. Bioelectron. 2003, 19 (7), 741. DOI: 10.1016/j.bios.2003.08.001
52. H. Schmolke, S. Demming, A. Edlich, V. Magdanz, S. Büttgenbach, E. Franco-Lara, R. Krull, C.-P. Klages, Biomicrofluidics 2010, 4 (4), 44113. DOI: 10.1063/1.3523059
53. Y. C. Wang, C.-C. Ho, FASEB J. 2004, 18 (3), 525. DOI: 10.1096/fj.03-0490fje
54. Z. Zhang, P. Boccazzi, H. G. Choi, N. Szita, A. J. Sinskey, K. F. Jensen, in Proc. of the 8th Int. Conf. on Miniaturized System in Chemistry and Life Sciences (Eds: T. Laurell, J. Nilsson, K. F. Jensen, D. J. Harrison, J. P. Kutter), Vol. 2, 2004, 231-233.
55. D. Bodas, C. Khan-Malek, Microelectron. Eng. 2006, 83 (4-9), 1277. DOI: 10.1016/j.mee.2006.01.195
56. J. Böing, Ph.D. Thesis, Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen 2003.
57. D. Fuard, T. Tzvetkova-Chevolleau, S. Decossas, P. Tracqui, P. Schiavone, Microelectron. Eng. 2008, 85 (5-6), 1289. DOI: 10.1016/j.mee.2008.02.004
58. S. L. Peterson, A. McDonald, P. L. Gourley, D. Y. Sasaki, J. Biomed. Mater. Res. A 2005, 72 (1), 10. DOI: 10.1002/jbm.a.30166
59. D. J. Beebe, G. A. Mensing, G. M. Walker, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2002, 4, 261. DOI: 10.1146/annurev.bioeng.4.112601.125916
60. M. Tehranirokh, A. Z. Kouzani, P. S. Francis, J. R. Kanwar, Biomicrofluidics 2013, 7 (5), 51502. DOI: 10.1063/1.4826935
61. M.-H. Wu, S.-B. Huang, G.-B. Lee, Lab Chip 2010, 10 (8), 939. DOI: 10.1039/b921695b
62. G. M. Walker, H. C. Zeringue, D. J. Beebe, Lab Chip 2004, 4 (2), 91. DOI: 10.1039/b311214d
63. th ed., Springer-Verlag, Berlin 2006.
64. B. H. Weigl, R. L. Bardell, C. R. Cabrera, Adv. Drug Deliv. Rev. 2003, 55 (3), 349. DOI: 10.1016/S0169-409X(02)00223-5
65. J. P. Brody, P. Yager, R. E. Goldstein, R. H. Austin, Biophys. J. 1996, 71 (6), 3430. DOI: 10.1016/S0006-3495(96)79538-3
66. N. Szita, P. Boccazzi, Z. Zhang, P. Boyle, A. J. Sinskey, K. F. Jensen, Lab Chip 2005, 5 (8), 819. DOI: 10.1039/b504243g
67. Z. Zhang, N. Szita, P. Boccazzi, A. J. Sinskey, K. F. Jensen, Biotechnol. Bioeng. 2005, 93 (2), 286. DOI: 10.1002/bit.20678
68. H. L. T. Lee, P. Boccazzi, R. J. Ram, A. J. Sinskey, Lab Chip 2006, 6 (9), 1229. DOI: 10.1039/b608014f
69. J. Park, J. Wu, M. Polymenis, A. Han, Lab Chip 2013, 13 (21), 4217. DOI: 10.1039/c3lc50665g
70. A. Prokop, Z. Prokop, D. Schaffer, E. Kozlov, J. Wikswo, D. Cliffel, F. Baudenbacher, Biomed. Microdevices 2004, 6 (4), 325. DOI: 10.1023/B:BMMD.0000048564.37800.d6
71. P. J. Hung, P. J. Lee, P. Sabounchi, R. Lin, L. P. Lee, Biotechnol. Bioeng. 2004, 89 (1), 1. DOI: 10.1002/bit.20289
72. M. H. Wu, J. P. G. Urban, Z. Cui, Z. F. Cui, Biomed. Microdevices 2006, 8 (4), 331. DOI: 10.1007/s10544-006-9597-y
73. D. M. Thompson, K. R. King, K. J. Wieder, M. Toner, M. L. Yarmush, A. Jayaraman, Anal. Chem. 2004, 76 (14), 4098. DOI: 10.1021/ac0354241
74. J. H. Kang, Y. C. Kim, J.-K. Park, Lab Chip 2007, 8 (1), 176. DOI: 10.1039/b712672g
75. S. K. Chung, Y. Zhao, S. K. Cho, J. Micromech. Microeng. 2008, 18 (9), 1. DOI: 10.1088/0960-1317/18/9/095009
76. A. M. Skelley, J. Voldman, 12th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, San Diego, CA, Oktober 2008.
77. P. Boccazzi, Z. Zhang, K. Kurosawa, N. Szita, S. Bhattacharya, K. F. Jensen, A. J. Sinskey, Biotechnol. Prog. 2006, 22 (3), 710. DOI: 10.1021/bp0504288
78. A. Edlich, in Entwicklung eines Mikroreaktors als Screening-Instrument für biologische Prozesse (Ed:, C. Wittmann,), ibvt-Schriftenreihe, Vol. 51, Cuvillier-Verlag, Göttingen 2010.
79. A. Edlich, V. Magdanz, D. Rasch, S. Demming, S. Aliasghar Zadeh, R. Segura, C. Kähler, R. Radespiel, S. Büttgenbach, E. Franco-Lara, R. Krull, Biotechnol. Prog. 2010, 26 (5), 1259. DOI: 10.1002/btpr.449
80. H. Schmolke, Ph.D. Thesis, Technische Universität Braunschweig 2013.
81. H. M. Hegab, A. Elmekawy, T. Stakenborg, Biomicrofluidics 2013, 7 (2), 21502. DOI: 10.1063/1.4799966
82. S. Ostrovidov, J. Jiang, Y. Sakai, T. Fujii, Biomed. Microdevices 2004, 6 (4), 279. DOI: 10.1023/B:BMMD.0000048560.96140.ca
83. P. J. Lee, P. J. Hung, V. M. Rao, L. P. Lee, Biotechnol. Bioeng. 2005, 94 (1), 5. DOI: 10.1002/bit.20745
84. A. Groisman, C. Lobo, H. Cho, J. K. Campbell, Y. S. Dufour, A. M. Stevens, A. Levchenko, Nat. Methods 2005, 2 (9), 685. DOI: 10.1038/nmeth784
85. B. N. Kholodenko, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, 7 (3), 165. DOI: 10.1038/nrm1838
86. A. R. Lara, E. Galindo, O. T. Ramírez, L. A. Palomares, Mol. Biotechnol. 2006, 34 (3), 355. DOI: 10.1385/MB:34:3:355
87. G. Lewis, I. W. Taylor, A. W. Nienow, C. J. Hewitt, J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2004, 31 (7), 311. DOI: 10.1007/s10295-004-0151-8
88. J. T. Mettetal, D. Muzzey, J. M. Pedraza, E. M. Ozbudak, A. van Oudenaarden, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103 (19), 7304. DOI: 10.1073/pnas.0509874103
89. J. Yu, J. Xiao, X. Ren, K. Lao, X. S. Xie, Science 2006, 311 (5767), 1600. DOI: 10.1126/science.1119623
90. L. Cai, N. Friedman, X. S. Xie, Nature 2006, 440 (7082), 358. DOI: 10.1038/ nature04599
91. A. Grünberger, N. Paczia, C. Probst, G. Schendzielorz, L. Eggeling, S. Noack, W. Wiechert, D. Kohlheyer, Lab Chip 2012, 12 (11), 2060. DOI: 10.1039/c2lc40156h
92. A. Gruenberger, C. Probst, A. Heyer, W. Wiechert, J. Frunzke, D. Kohlheyer, J. Vis. Exp. 2013, (82), 50560. DOI: 10.3791/50560
93. C. Probst, A. Grünberger, N. Braun, S. Helfrich, K. Nöh, W. Wiechert, D. Kohlheyer, Anal. Methods 2014, 7 (1), 91. DOI: 10.1039/C4AY02257B
94. M. M. Maharbiz, W. J. Holtz, R. T. Howe, J. D. Keasling, Biotechnol. Bioeng. 2004, 85 (4), 376. DOI: 10.1002/bit.10835
95. T. Yamamoto, T. Fujii, T. Nojima, Lab Chip 2002, 2 (4), 197. DOI: 10.1039/b205010b
96. M. M. Maharbiz, W. J. Holtz, R. T. Howe, J. D. Keasling, Biotechnol. Bioeng. 2003, 85 (4), 376. DOI: 10.1002/bit.10835
97. M. W. Toepke, D. J. Beebe, Lab Chip 2006, 6 (12), 1484. DOI: 10.1039/b612140c