Innovative Labortechnologien für mobile Einheiten – Fraunhofer IBMT auf der BIOTECHNICA 2013

Autonome Biosensoren

Die Qualitätskontrolle großindustriell angelegter Produktionsanlagen in pharmazeutischer, Nahrungsmittel- und Kosmetikindustrie muss für einen effizienten Produktionsprozess ein Höchstmaß an Flexibilität aufweisen. Die aktuellen Forschungsarbeiten am Fraunhofer IBMT (Institutsteil Potsdam) 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.

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.

ie 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.

Das gemeinsame Ziel dieser Arbeiten, gefördert seit 2009 durch das Land Brandenburg sowie den Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE), ist die Verknüpfung von auf bioanalytischen Methoden und Halbleitertechnologie aufbauenden Biosensoren mit aktuellen Verfahren aus dem Bereich der Telekommunikationstechnik. Das Vorhaben wurde mit insgesamt sechs Partnern aus der Region entwickelt und dient der Förderung der Integration diagnostischer Mikrosysteme zur patientennahen Präanalytik, Analytik und Postanalytik im Labor- und Krankenhausmanagement.

ivD-Plattform

Unter der Leitung des Fraunhofer IBMT (Institutsteil Potsdam) wurde gemeinsam mit sieben Fraunhofer-Instituten ein diagnostisches System entwickelt, das eine patientennahe Diagnostik einer Vielzahl von Parametern ermöglicht. Das System, bestehend aus einer kreditkartengroßen Kartusche und einer Basisstation, wird auf der BIOTECHNICA 2013 vorgestellt. Im Anwendungsfall wird Blut aus der Fingerbeere durch einen Arzt oder medizinisch geschultes Personal entnommen und auf die Kartusche aufgetragen.

Die Kartusche kann dann in die Basisstation eingelegt werden und der diagnostische Test wird innerhalb von zehn bis fünfzehn Minuten automatisiert prozessiert, so dass die Testresultate auf einem Display angezeigt werden. Somit wird es dem Arzt ermöglicht, eine schnelle therapeutische Entscheidung zum Wohle des Patienten zu fällen. Durch die schnellere Einleitung einer Therapie wird in vielen Fällen eine schnellere Genesung von Patienten erwirkt, um somit nachhaltig Kosten im Gesundheitswesen zu senken. Das System wurde mit einigen Tests bereits demonstriert, steht aber nun als Plattformtechnologie für immunologische, serologische und DNA-basierte Tests zur Verfügung. Dabei ist eine Multiparameteranalytik durch die Verwendung eines Mikroarrays möglich. Es können hierbei bis zu 400 verschiedene Spots ausgelesen werden, wobei die Anzahl an Parametern basierend auf dem medizinischen Bedarf angepasst wird. Zurzeit werden mit verschiedenen Partnern erste Anwendungen entwickelt und weitere Partner gesucht (www.ivd-plattform.de).

Labor der Zukunft – Mobile diagnostische Laboreinheiten

Das Fraunhofer IBMT (St. Ingbert und Sulzbach) arbeitet gemeinsam mit lokalen und überregionalen Industriepartnern am »Labor der Zukunft«. Auf der BIOTECHNICA 2013 zeigt diese von der saarländischen Landesregierung geförderte Initiative im Rahmen des auf dem Stand der Fraunhofer-Gesellschaft das Modell einer neuen mobilen Laboreinheit. Das Modell des mobilen epidemiologischen Labors veranschaulicht ein neues Laborfahrzeug, das erstmalig auf Basis eines Sattelaufliegers ein voll ausgestattetes medizinisch-analytisches Labor und gleichzeitig mehr als 30 m2 Fläche für ärztliche Untersuchungen bietet.

Im Rahmen des von der saarländischen Landesregierung geförderten Projekts »Labor der Zukunft« (www.labor-der-zukunft.com) werden hier Hard- und Softwareelemente aus dem Bereich der Labor- und Medizintechnologie in einer besonders kompakten Form gezeigt. Nach dem weltweit ersten mobilen Labor der biologischen Sicherheitsstufe 3 haben die Laborexperten am Fraunhofer IBMT hier gemeinsam mit dem Spezialfahrzeug-Hersteller Bischoff + Scheck (Rheinmünster) eine weitere maßgeschneiderte mobile Laboranwendung entwickelt.

Der notwendige Raum wird durch drei Karosserieausschübe realisiert, welche die Innenfläche des Fahrzeuges annähernd verdoppeln. Die Fahrzeugleittechnik ermöglicht die Fernüberwachung und -steuerung aller relevanter Fahrzeugdaten von der Klima- und Lüftungstechnik bis hin zum Füllstand der Diesel- und Wassertanks. Redundante Stromversorgung über Landleitung und eingebauten Stromgenerator sowie multimodale Heiz- und Kühlsysteme ermöglichen den sicheren und autarken Betrieb der Fahrzeugeinheit. Das Fahrzeug ist seit Ende Januar 2013 deutschlandweit als mobiles epidemiologisches Zentrum für die Umweltprobenbank des Bundes (www.umweltprobenbank.de) im Einsatz.

Das Fahrzeug ermöglicht es erstmals an den verschiedenen Standorten identische Bedingungen für Probenahme, Aufbereitung und Analytik zu schaffen. Das Labor ist dazu neben einer Sicherheitswerkbank mit allen notwendigen Analyseeinheiten ausgestattet. Die Arbeitsschritte vom Empfang über die Anamnese bis hin zur Verarbeitung der Proben sind dabei optimiert: Materialschleusen sind von den Fraunhofer-Forschern mit Funktechnik ausgestattet worden, um die Etiketten auf Probenröhrchen und damit die Probandennummer automatisch zu erkennen. Und auch die Vorbereitung der Probenlagerung ist bereits in das Fahrzeug integriert. Vorratsbehälter für flüssigen Stickstoff als Kühlmedium werden im Fahrzeug mitgeführt, die Proben werden direkt in einem mit Spezialracks ausgestatteten Tank eingefroren und dieser wird nach Abschluss der Probenahme mit dem Fahrzeug zum Lager der Umweltprobenbank des Bundes gebracht. Ohne Umlagerung der Proben und damit unter strengster Einhaltung der Kühlkette.

BioKryo GmbH – ISO-zertifizierte Qualität für die Lagerung biologischer Proben

Die BioKryo GmbH bietet am Standort Sulzbach/Saar die Kryolagerung von therapeutisch wertvollem biologischem Material an. In diesem Spin-Off des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik (IBMT) wurden über zehn Jahre Erfahrung in der Kryotechnologie und der Stammzellforschung eingebracht. Darüber hinaus plant und steuert die BioKryo die gesamte Logistik zum Probentransport. Die BioKryo GmbH besitzt eine Herstellungserlaubnis nach § 20c AMG für die Lagerung von z. B. therapeutischem Gewebe oder Stammzelllinien und bietet eine GMP-konforme Lagerung von Arzneimittel an. Seit April 2013 ist die BioKryo GmbH ISO 9001:2008-zertifiziert.

Besuchen Sie uns auf der BIOTECHNICA 2013 vom 08.-10. Oktober in Hannover, Halle 9 Stand E09

Ansprechpartner:

Autonome Biosensoren / ivD-Plattform
Dr. Eva Ehrentreich-Förster
Tel.: 0331/58187-203
eva.ehrentreich@ibmt.fraunhofer.de
Labor der Zukunft c/o Fraunhofer IBMT
Dipl.-Phys. Daniel Schmitt
Tel.: 06894/980-120
daniel.schmitt@ibmt.fraunhofer.de
BioKryo GmbH
Dr. Thomas Müller
Tel.: 06897/9528697
mueller@biokryo.de
Weitere Informationen:
http://www.ibmt.fraunhofer.de
http://www.ivd-plattform.de
http://www.labor-der-zukunft.com
http://www.biokryo.com