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Hands-on BioMEMS

Hands-on BioMEMS
Type: Practical course Links:
Semester: WS 17/18
Time:

Zeit: Di, 13:00 - 16:00, 14-tägig
Ort: Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), Campus Nord, Bau 307, Raum 322

Start: 24.10.2017
Lecturer:

Dr. Taleieh Rajabi
Helena Melzer
Daniela Sanchez
Tim Finkbeiner
Ruben Garschagen
Dr. Ralf Ahrens
Prof. Dr. Andreas E. Guber

SWS: 2
Lv-No.: 2143874
Information:

Wichtiger Hinweis: Für die Anmeldung an der Pforte – KIT/Campus Nord (zwischen Campus Süd und Campus Nord steht ein KIT-Shuttle zur Verfügung) benötigen Sie einen (gültigen) Ausweis. (Bitte hierzu bisschen mehr Zeit einplanen.)

1- Organ on Chip

Bei der Bearbeitung vieler biomedizinischer Fragestellungen ist es einfacher, die Experimente in-vitro durchzuführen. Dazu ist es erforderlich, die entsprechenden Organe in einem künstlichen System, dem sog. Organ-on-a-chip-System nachzubilden. Dabei handelt es sich um mehrkanalige dreidimensionale mikrofluidische Zellkultur-Chips, die die Aktivitäten, die Mechanik und die physiologische Reaktion von Organen oder Organsystemen simulieren können.

 

Realer Aufbau der Blut-Hirn-Schranke

 

Beispiel für einen künstlichen Aufbau der Blut-Hirn-Schranke (Barriere-on-Chip)

 

2- BioMEMS-Sensorik

Bei der Etablierung eines mikrofluidischen Bioprozesses in BioMEMS-Anwendungen (z. B. für die Molekularbiologie, Pharmazeutik, Wirkstoffentwicklung oder Medizin) sind Sensoren dringend erforderlich. Z. B. werden diverse Zellversuche mit dem Ziel durchgeführt, deren Funktionalität zu analysieren. Es ist dann wichtig, während des Zellwachstums und der -entwicklung verschiedene Parameter in Echtzeit zu überwachen. Zu den wichtigsten dieser Parameter gehören Temperatur, pH-Wert, optische Dichte (OD) oder Impedanz für Rückschlüsse auf die Zellkonzentration, O2- und CO2-Konzentration. Dafür werden mikrofluidische Systeme mit integrierter Messtechnik entwickelt, welche diese wichtigen Parameter messen und auswerten können. Die Herausforderung ist dabei, geeignete Sensoren zu finden, diese technisch sinnvoll in die Anwendung auf kleinstem Bauraum zu integrieren und eine Schnittstelle zur Außenwelt zu schaffen.

 

 

3- Smart Patch zur effektiven Behandlung von Blasenfunktionsstörungen

Immer mehr Menschen leiden an Funktionsstörungen der Blase. Im ersten Schritt einer Behandlung werden meist Medikamente in Kombination mit einem Aufbautraining der Beckenbodenmuskulatur verordnet. Kann der Symptomatik mit diesen Maßnahmen nicht effektiv entgegengewirkt werden, gibt es als etablierte Alternative die sogenannte sakrale Neuromodulation. Bei dieser Art der Behandlung wird ein Schrittmacher in den Körper implantiert, der durch Elektroden schwache elektrische Impulse an die Sakralnerven abgibt, sie damit stimuliert und so die Symptome lindert. Durch Recherchen wurden bei einem, am Markt bereits verfügbaren, Produkt jedoch einige Probleme aufgezeigt. Zudem ist die Funktion des Gerätes ähnlich der eines Herzschrittmachers. Daher können Störungen am Gerät entstehen, wenn Magnetfelder oder starke elektromagnetische Felder vorhanden sind. Diese sind daher zu meiden, wobei Einschränkungen in einigen Aktivitäten entstehen. Diese werden in lebensbedrohlichen Situationen akzeptiert, jedoch bei dieser Problematik von vielen als störend empfunden. Hierzu soll eine neue Therapie auf Basis von intelligentem Pflaster entwickelt werden, welche von außen angebracht wird.

 

Ziel:

Zusammen mit unseren Partnern möchten wir im Rahmen eines Workshops alles rund um die Begriffe Organ-on-Chip und BioMEMS-Sensorik und Smart Medical Devices vorstellen und zusammen an neuen Konzepten und kreativen Ideen arbeiten. Es soll ein Überblick über die Möglichkeiten und Grenzen der Umsetzung von Ideen und der Entwicklung bis zum Prototyp solcher neuartigen Chipsysteme bzw. Ideen vermittelt werden. Dabei bekommen die Studenten einen theoretischen Einblick in die Bereiche Organ-on-Chip und BioMEMS-Sensorik und Smart Medical Devices und ihre Anwendung in der Medizin und Biologie, einen Einblick in die Welt der Mikrofluidik, Mikrofertigung, Mikrosystem sowie in die Projekt-Generierung in der Medizintechnik.

Inhalt:

Im Rahmen dieses Praxisseminars soll das zukunftsträchtige Gebiet sowohl der Organ-on-a-chip-Systeme als auch der Integration von BioMEMS-Sensoren und Smart Medical Devices nähergebracht und der Bezug zwischen Theorie und Praxis hergestellt werden. Dabei lernen die Studenten die am IMT verfügbaren Verfahren kennen, die sie für ihre Projektarbeit benötigen, um ein funktionierendes Systeme zu entwickeln und aufzubauen.

  • Einführung in medizinische und fluidische Grundlagen, Motivation und Zielsetzung, Mikrofertigung, Materialwissenschaft
  • Aufgabenstellung und Recherche – Darstellung der Anforderungen – Stand der Technik
  • Entwicklung und Bewertung neuer Ideen
  • Konzeptbearbeitung – Auswahl von Technologien – Konstruktionsphase
  • Fertigungsvorbereitung und Herstellung
  • Durchführung von ersten Tests

Für weitere Rückfragen wenden Sie sich bitte an die Dozenten. Eine Voranmeldung ist nicht notwendig.

Empfehlungen:

Das Praktikum basiert auf Kenntnissen aus den Vorlesungen Bio-MEMS I bis IV und Mikrosystemtechnik I und II. Deshalb sind Kenntnisse im Bereich Bio-MEMS von Vorteil, jedoch nicht zwingend erforderlich. Vorkenntnisse im Bereich Fertigungstechnik sind sinnvoll.

Studiengang:

Maschinenbau, Materialwissenschaft, Chemieingenieurwesen, Bioingenieurwesen, Elektrotechnik und Informationstechnik, Wirtschaftsingenieurwesen, Biologie oder vergleichbares

Persönliche Qualifikation:

Interesse an Arbeiten in interdisziplinärem Umfeld (Biologie, Medizin, Ingenieurwissenschaft) und an Teamarbeiten.

Benotung

Vortrag und mündliche Diskussion