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Autonome Biosensoren für optimierte Überwachung von Bioprozessverfahren und medizinischer Diagnose

04.09.2013 - (idw) Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik GmbH

Die Qualitätskontrolle großindustriell angelegter Produktionsanlagen in pharmazeutischer, Nahrungsmittel- und Kosmetikindustrie muss für einen effizienten Produktionsprozess ein Höchstmaß an Flexibilität aufweisen. Die aktuellen Forschungsarbeiten im Bereich der T(h)era-Diagnostik beschäftigen sich daher mit der Entwicklung eines autonomen, mobilen Biosensorsystems, welches die bisherige Kontrollmethodik, basierend auf dem Prinzip der Probenentnahme oder einer ortsgebundenen Fixierung von Sensoreinheiten, ablösen soll. Aktuelle Forschungsresultate werden zum Tag der offenen Tür am 07.09.2013 am Leibnitz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) in Frankfurt (Oder) präsentiert. Im Verbundprojekt T(h)era-Diagnostik entwickelten die Forscher aus Potsdam und Frankfurt (Oder) ein drahtloses bidirektionales Kommunikationssystem, das aus einem Sender-/Empfängersystem mit integriertem Biosensor besteht und die Daten mittels Funkwellen auf eine externe Basisstation überträgt. Ein Biosensor wird hierzu zunächst in eine polymerbasierte Schutzkapsel eingebettet und anschließend in einem mit Kulturmedium befüllten Bioreaktor betrieben. Die Signalgenerierung und die erfolgte Datenübermittlung können anhand einer eigens dafür programmierten Software auf einem Laptop mitverfolgt werden.

Die Forscher wollen jetzt das System so weiterentwickeln, dass eine ortsungebundene Überwachung von Fermentationsprozessen erfolgen kann und das Wachstumsverhalten von Mikroorganismenkulturen als Teil der Bioprozessoptimierung kontrollierbar ist. Die dabei bereits jetzt an die Leistungsfähigkeit des verkapselten Biosensorsystems gestellten Bedingungen ermöglichen später den nahtlosen Transfer in weitere Anwendungsfelder, beispielsweise innerhalb der ortsnahen Patientenüberwachung und medizinischen Diagnostik.

Hinter dem Begriff T(h)era-Diagnostik stehen die seit 2009 durch das Land Brandenburg sowie den Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) finanzierten Entwicklungsarbeiten an zwei miteinander vernetzten Forschungsprojekten Tera-Sens und Tele-Diagnostik. Das gemeinsame Ziel dieser Arbeiten ist die Verknüpfung von auf bioanalytischen Methoden und Halbleitertechnologie aufbauenden Biosensoren mit aktuellen Verfahren aus dem Bereich der Telekommunikationstechnik. Das Vorhaben stellt eine Weiterentwicklung des in früheren Berichten vorgestellten Lab-on-Chip-Systems dar und dient damit der Förderung der Integration diagnostischer Mikrosysteme zur patientennahen Präanalytik, Analytik und Postanalytik im Labor- und Krankenhausmanagement.

Das Teilprojekt T(h)era-Sens beschäftigt sich im Detail mit der Entwicklung verschiedener Komponenten aus den Bereichen der Terahertz-Technologie, Nano-Strukturierung, MEMS (Mikroelektronische mechanische Systeme) und dem Sintern von Polymergranulaten, die für den Aufbau autonomer Biosensoren und deren späterer Schutzverkapselung benötigt werden. Die Tele-Diagnostik erweitert dieses System um die Möglichkeit der drahtlosen Kommunikation mit einem externen Empfangsgerät (PC oder Smartphone). Die zur Datenfernübertragung (DFÜ) herangezogene Hard-und Software muss dabei gemäß den geltenden Datenschutzbestimmungen geregelt werden und dem hohen Anspruch an Genauigkeit entsprechen.

Beide Teilprojekte werden dank der Kooperation des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik (IBMT), des Leibnitz-Instituts für innovative Mikroelektronik (IHP) und Arbeitsgruppen der Universität Potsdam mit Unternehmen aus der Region (Thermo Fischer GmbH, MEYTEC GmbH Informationssysteme, LIMETEC Biotechnologies GmbH) kontinuierlich vorangetrieben. Weitere Informationen:http://www.theradiagnostik.de/index.phphttp://www.ihp-microelectronics.comhttp://www.ibmt.fraunhofer.de/de/kontakt/ibmt-kontakt-golm.html

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