Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mini-Fabrik für Laborprozesse und -produkte

15.08.2001


Pneumatisches Handhabungsmodul für Biochips


Robust, kostengünstig und flexibel - das sind die Anforderungen, die vor allem kmU an Anlagen stellen, wenn es darum geht, Laborprozesse in einen industriellen Maßstab zu überführen und zu automatisieren. Das »Advanced Modular Micro-Production System« (AMMS) - ein Baukastensystem zum einfachen und schnellen Aufbau von Produktionssystemen - setzt auf modulare und miniaturisierte Anlagenkomponenten.

Die Biotech-Branche legt kräftig zu: Nach Ansicht der Deutschen Industrievereinigung Biotechnologie (DIB) ist Deutschland auf dem besten Weg an die Weltspitze. Für 1999 zählte die DIB insgesamt 279 Biotech-Firmen in Deutschland, die gut 8000 Mitarbeiter beschäftigten. Im Vorjahr waren es noch 222 mit 5650 Mitarbeitern. Neue Verfahren und Prozesse für analytische, medizinische und produktionstechnische Anwendungen eröffnen insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen (kmU) gute Chancen auf dem Markt - und auf Investoren: Rund ein Drittel des 1999 angelegten Risikokapitals flossen an Biotech-Unternehmen. Viele dieser Unternehmen stehen mittlerweile vor der Aufgabe, ihre Laborprozesse in einen industriellen Maßstab zu überführen und zu automatisieren. Ein nach herkömmlichen Konzepten sehr aufwändiges und teures Unterfangen. »Automatisierte Anlagen für solche Prozesse sind meist auf hohen Durchsatz ausgelegt, relativ unflexibel und für Mittelständler schlecht geeignet«, weiß Hannes Dobler vom Fraunhofer IPA aus Erfahrung. Er plant seit mehreren Jahren Anlagen für Labore.

Für kmU sind nur robuste, automatisierte Systeme interessant, mit denen sich variantenreiche Kleinserien wirtschaftlich herstellen lassen. Sie dürfen in der Anschaffung nicht zuviel kosten, müssen schnell und flexibel umrüstbar sein, mit einer einfachen Infrastruktur auskommen und nicht zuviel Platz beanspruchen. Vor diesem Hintergrund hat ein Team von Wissenschaftlern am Fraunhofer IPA ein Baukastensystem zum einfachen und schnellen Aufbau von miniaturisierten Produktionssystemen entwickelt. Das »Advanced Modular Micro-Production System« (AMMS) ist ein neues Konzept, das auf modulare und miniaturisierte Anlagenkomponenten setzt. Es besteht aus intelligenten, kompakten Prozessmodulen und einer produktneutralen Plattform. Standardisierte Schnittstellen verbinden die Module im Plug-and-Play-Verfahren mit der Plattform. Die Schnittstellen der Module und Materialflusskomponenten sind so einfach gestaltet, dass sich Änderungen im Herstellkonzept in kurzer Zeit realisieren lassen. Das Spektrum der im AMMS-Baukasten enthaltenen Module reicht von Plattform- und Medienversorgungseinheiten über Prozessbausteine bis hin zu Transportmodulen. »Alle Fertigungseinheiten lassen sich segmentieren. So können beispielsweise reine Bereiche mit Laminarflow von unreinen getrennt werden«, erklärt Hannes Dobler.

Eine dezentrale Steuerungsarchitektur garantiert einen hohen Grad an Verfügbarkeit und Robustheit des Produktionssystems. Jedes Modul ist mit einem eigenen Prozessrechner ausgestattet, der via Ethernet direkt mit dem Steuerrechner oder anderen Modulen kommuniziert. Zur Planung des Layouts, zur Konfiguration der Prozessmodule und zur Visualisierung des Realsystems haben die Stuttgarter Wissenschaftler eine Planungs- und Konfigurationssoftware entwickelt, die eine intuitive Steuerung der Anlage in einer virtuellen Umgebung ermöglicht.

Einen Vorgeschmack darauf, wie Minifabriken nach dem AMMS-Konzept aussehen könnten, gab es bereits auf der Hannover Messe und der Laborautomatisierungsmesse MipTec-ICAR in Basel. Während in Hannover optische Sensoren montiert wurden, hatten die IPA-Ingenieure für Basel einen Ausschnitt aus einer Biochip-Produktion automatisiert: Auf derselben 80 x 100 Zentimeter großen Grundplatte transportierten frei bewegliche Läufer in Form luftgelagerter Linearantriebe eine Mikrotiterplatte und Biochips von Station zu Station. Miniaturisierte Handhabungsmodule überführten die Probenträger aus Glas von einem passiven Eingabe-Tray in das aktive Tray. Im aktiven Tray wurden die Biochips durch Unterdruck fixiert, zu einem kapillarbasierten Dosiersystem gebracht und darunter positioniert und bedruckt. Die parallelen Dosierkapillaren gaben die Flüssigkeiten im Nanoliter-Maßstab auf der Glasoberfläche ab.

Bislang werden solche Analyse-Chips fast ausschließlich im Labor fabriziert - halbautomatisch, unter Laborbedingungen, auf Laborgeräten und meist nur für den eigenen Gebrauch. »Maximal zweihundert Chips entstehen da am Tag«, schätzt Dobler. Das reicht zwar im Moment noch aus, doch der Bedarf steigt. Vor allem in der Lebensmittelanalytik, der Pharmaforschung und der medizinischen Diagnostik werden täglich neue Anwendungen entdeckt und entwickelt. So sagt beispielsweise die System Planning Corporation (SPC), Arlington, VA, in ihrer Studie von 1998 mikrofluidischen Systemen und Komponenten für analytische Zwecke - dem »Lab on a Chip« - für 2003 ein Volumen von 375 bis 750 Mio US-Dollar voraus.

Vorgehensweisen und Lösungen beim Upscaling biochemischer und analytischer Prozesse sind auch Themen des IPA-Technologieforums »Vom Laborprozess zur Produktion - Erfahrungen, Trends und Perspektiven für Biotechnologie und Pharmazie«. Es findet am 14. November 2001 in Stuttgart statt: Fraunhofer-Institutszentrum Stuttgart (IZS), Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart.

Dipl.-Ing. Michaela Neuner | idw
Weitere Informationen:
http://www.ipa.fhg.de/aktuell/tagungen/tag_14_11_01.php3

Weitere Berichte zu: DIB Laborprozess Modul Produktionssystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Fraunhofer-Forscher entwickeln Messanlage für ZF-Werk in Saarbrücken
21.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP

nachricht Startschuss für EU-Projekt: Charakterisierung der Schweißraupe für adaptives Laserauftragschweißen
15.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Zellen auf Wanderschaft: Falten in der Zellmembran liefern Material für nötige Auswölbungen

23.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Magnetfeld-Sensor Argus „sieht“ Kräfte im Bauteil

23.11.2017 | Physik Astronomie

Max-Planck-Princeton-Partnerschaft in der Fusionsforschung bestätigt

23.11.2017 | Physik Astronomie