Home | Legals | Data Protection | Sitemap | KIT

Hands-on BioMEMS

Hands-on BioMEMS
Type: Practical course Links:
Semester: WS 18/19
Time:

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

Start: 24.10.2018
Lecturer:

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

SWS: 2
Lv-No.: 2143874
Information:

Bitte beachten Sie, dass der Vorlesungstag auf Mittwoch verlegt wurde und die Vorlesung erst am 24.10.2018 beginnt.

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 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. Im Rahmen den letzten zwei Semestern wurden schon einige Organ on Chips entwickelt: Gallenblase on Chip, Leber on Chip und Lunge 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.

 

In diesem Praktikumsteil geht es speziell um einen universellen pH-Sensor, welcher in verschiedene mikrofluidische Chips integrierbar sein soll, um damit Zellkulturen zu überwachen. Im Rahmen dieses Praktikums soll ein Prototyp hergestellt und anhand einer potentiellen Anwendung exemplarisch getestet werden.

 

 

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. Die Idee ist daher eine neue Therapie auf Basis eines intelligenten Pflasters zu entwickeln, welche von außen angebracht wird. Im Rahmen des letzten Praktikums wurden dazu schon einige Vorarbeiten geleistet: Es konnten grundlegende medizinische Fragestellungen mit einem Experten geklärt werden. Zudem wurden Ideen bezüglich der Signalübertragung von dem Pflaster zu den im Körper vorhanden Nervensträngen und damit entsprechende neue Therapieansätze gesammelt werden. Als Abschluss wurden schematische Modelle der Körper/Pflaster –Schnittstelle hergestellt. Diese wurden in einen einfachen Schaltkreis eingebaut, um die Signalübertragung mit Experimenten zu visualisieren. Ziel des neuen Praktikums ist die Weiterverfolgung des Konzeptes, um der Realisierung einer alternativen Therapie näher zu kommen.

 

 

4- Point-of-Care-Testing (POCT)

Patientennahe Labordiagnostik, ob in Krankenhäuser unmittelbar auf der Krankenstation oder Zuhause, in der Praxis eines niedergelassenen Arztes, bildet die Zukunftsversion auf schnellem Weg zur direkten Diagnostik. Besonders aus der Notfallmedizin, in der eine schnelle Diagnose lebenswichtig sein kann, ist POCT nicht mehr wegzudenken. Mittels einfacher Messsysteme führen die Untersuchungen zur einen schnellen Ergebnis. Die Anwedungsfelder von POC-Systemen erweitert sich bis zu den Bereichen wie Lebensmittel- und Umweltanalytik. Es gibt auf den Markt unterschiedliche POC-Systeme für eine individuelle und wirtschaftlich optimierte Lösung zu Früherkennung von Krankheiten. Typische Beispiele sind z. B. die Blutzucker oder Schwangerschaftstests. Durch Kooperation mit verscheiden Ärzte und Forscher aus Uniklinikum sind wir zu Erkenntnis gekommen, dass der Bedarf an weitere POC Systeme sehr hoch sind, besonders im Bereich der Patientenüberwachung. Hierzu möchten wir gemeinsam an einem neuen Konzept für die Entwicklung eine POCT zur Früherkennung bei bestimmten Darmerkrankungen arbeiten.

 

Ziele:

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, POCT 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 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