Lab-on-a-Chip-Systeme: „Das Design spielt in erster Linie eine funktionelle Rolle“

01.02.2013
Foto: Daniel Mark

Daniel Mark; © privat

Design verbindet Ästhetik mit Funktionalität. In der Mikrosystemtechnik spielt das funktionelle Design eine besonders wichtige Rolle. Für Lab-on-a-Chip-Systeme beispielsweise sind zuverlässige Probenanalysen weit bedeutender als das gute Aussehen des Gerätes.

Daniel Mark von Lab-on-a-Chip Design- and Foundry-Service am Institut für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft e.V. erarbeitet solche Systeme für die Medizintechnik. Auf COMPAMED.de spricht er über ihre Funktionsweise und Anwendungsmöglichkeiten.

COMPAMED.de
: Herr Mark, an wen richtet sich der Design- and Foundry-Service?

Daniel Mark: Unsere Kunden kommen primär aus den Bereichen Diagnostik und Analytik. Für sie entwickeln wir sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme. Ihren Endkunden können sie dann Vorort-Lösungen zur Analytik oder Diagnostik anbieten.

COMPAMED.de: In welchen Bereichen der Medizintechnik sind Sie tätig?

Mark: Unsere meisten Kunden kommen aus dem Bereich der Point-of-Care-Diagnostik. Dieses Gebiet ermöglicht die Diagnose von Krankheiten direkt in der Arztpraxis – außerhalb vom Labor, schnell und ohne Probentransport und geschultes Personal. Beispielsweise arbeiten wir an Projekten zur Diagnose von kritischen Infektionen bei Neugeborenen wie neonatale Sepsis oder Atemwegserkrankungen wie respiratorische Krankheiten. Es gibt jedoch auch Projekte und Anfragen aus den Bereichen Wasseranalytik und Lebensmittelsicherheit.

COMPAMED.de: Welche Leistungen bieten Sie Ihren Kunden an?

Mark: In der Regel verfügen unsere Kunden über einen bestehenden Labortest, der aus einer Vielzahl von Handhabungsschritten wie Mischen von Reagenzien, Zentrifugieren, Abmessen und Aufteilen in Untermengen besteht. Diesen wollen wir für den Kunden automatisieren und in ein portables Mini-Labor verpacken. Der Laborprozess wird zunächst in eine Abfolge von Einheitsschritten übersetzt. Diese Abfolge von den Einheitsoperationen überführen wir in ein mikrofluidisches Layout, also in eine Plastik-Struktur aus Kanälchen und Kammern, die genau diese Handhabungsschritte abbildet. Mit anderen Worten übersetzen wir einen manuellen Prozess in ein mikrofluidisches Design, also eine Menge von Kammern und kleinen Kanälen und ein Steuerungsprotokoll. Dort laufen dann die einzelnen Handhabungsschritte automatisch ab.

Als Prozessierungsgerät und Antriebskraft verwenden wir die Zentrifugalkraft auf einer rotierenden Scheibe. In einem CD-Spieler ähnlichen Gerät, das die CD-Scheibe mit den Kanälchen und Kammern dreht, wird der Rohprozess mit den Flüssigkeiten abgebildet. Die Flüssigkeiten werden also auf der CD automatisch abgemessen, gemischt und aufgeteilt.

 
 
Foto: Disk im Gerät

In einem CD-Spieler ähnlichen Gerät, das die CD-Scheibe mit den Kanälchen und Kammern dreht, wird der Rohprozess mit den Flüssigkeiten abgebildet; © IMTEK & HSG-IMIT, Bernd Müller

Wir erstellen das Design einer CD, in der ein Laborprozess automatisch ablaufen kann. Außerdem bieten wir die Herstellung von Prototypen an. Für eine Massenfabrikation verweisen wir jedoch bis jetzt noch an externe Partner, die entsprechende Fähigkeiten in Herstellung von Plastik und Kunststoff haben.

COMPAMED.de: Welche Bedeutung hat das Wort Design in der Entwicklung von Mikrotechnik?

Mark: Das Design, das in der Entwicklung von Lab-on-a-Chip-Systemen eine Rolle spielt, ist in erster Linie funktionell. Die Ästhetik kommt an der zweiten Stelle. Unter Design verstehen wir die Auslegung und Verschaltung von Kanälchen und Kammern in einer Labortest-CD. Die Strukturen werden computergestützt vorgezeichnet, angefertigt und in einem Testträger auf Funktionalität überprüft. Das Design entscheidet dann, ob der Prototyp nachher funktioniert und der Laborprozess erfolgreich abgebildet wird.

Ästhetische Faktoren wie Kundenlogos oder für die Bedienung hilfreiche Beschriftungen sind zunächst sekundäre Merkmale. In der Regel arbeiten wir sie für den Kunden unaufgefordert in das System ein. Das kommt immer gut an.

COMPAMED.de: Welche Ziele verfolgen Sie an dem Lab-on-a-Chip Design- and Foundry-Service in Zukunft?

Mark: Bisher sind wir hauptsächlich in der vorwettbewerblichen Entwicklung tätig. Daher ist unser Ziel, die Produktentwicklung von der Idee bis zur Anwendung zu verfolgen. Außerdem wollen wir verstärkt Diagnostik- und Analytik-Unternehmen ansprechen und sie in den Themen Lab-on-a-Chip, Vorort-Analytik und -Diagnostik unterstützen.


Das Interview führte Michalina Chrzanowska.
COMPAMED.de