Containments & Steuerung
Die Modifikation der Implantate (z.B. für Gefäßprothesen und Fettorganoide) wird gezielt und kontrolliert in bestimmten Containments („Bioreaktoren“) ablaufen, um unter gesetzten Bedingungen bestimmte Nutzungs-Eigenschaften zu optimieren. Containments dieser Art erlauben es, Zellen eine optimale Umgebung in Bezug auf Wachstumsbedingungen und Sterilität zur Verfügung zu stellen.
Eine wesentliche Herausforderung ist es dabei, unter den komplexen Randbedingungen eines spezifischen Containments (sogen. „Harsh Environments“ mit hohen Anforderungen an Temperatur, Abgeschlossenheit, Feuchtigkeit, geringem Bauraum, mechanischer Robustheit, Sterilisierbarkeit, etc.) Sensorik und zugehörige Signalverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Um beispielsweise Daten für die Temperatur, den Druck, die elektrische Leitfähigkeit, den pO-, pH- oder Beschleunigungswerte etc. zu protokollieren, sind Sensorik, Sensorsignal-Fusion, Signalverarbeitung, Speicherung und drahtlose Übertragung aus dem Containment an ein externes Lesegerät zu realisieren. Um Langzeitmessungen im Containment zu ermöglichen, spielt ein effizientes Energie-Management eine entscheidende Rolle. Aus technischer Sicht liegen die Herausforderungen dabei einerseits in der Energieversorgung dieser Sensorik und Signalverarbeitung. Die Schaltungsteile sind daher einem extrem limitierten Leistungsbudget unterworfen.
Weiterhin müssen identische Containments auch von außen verwechslungssicher identifizierbar und in ihrem Messdaten-Verlauf drahtlos auslesbar sein. Zu diesem Zweck soll die RFID-Technik (Radio-Frequency-Identification) eingesetzt werden. Dazu wird ein Prototyp eines integrierten Datenerfassungs-, Daten-Logging und Sende-Knoten aufgebaut. Ausgehend von diesem noch nicht miniaturisierten Prototypen soll eine Validierung der Eigenschaften (Robustheit, Sendereichweite, Lebensdauer etc.) erfolgen. Basierend auf diesen Validierungsergebnissen wird dieser erste Aufbau weiter optimiert und insbesondere miniaturisiert.
Über das reine Monitoring eines Containments hinaus, ist auch ein auf den Messdaten beruhendes aktives Eingreifen in das Containment ein weiterer wichtiger Innovationsschritt. Wesentliches Merkmal dieses Eingreifens soll es sein, dass das Containment dafür nicht geöffnet werden muss. Sowohl die Datenübertragung aus dem Containment als auch die Ansteuerung eines bspw. internen Reservoirs mit Wirkstoffen, die die Modifikation der Implantate beeinflussen, soll von außen erfolgen.
Die Arbeiten im Modul „Containments & Steuerung“ sollen in enger Wechselwirkung zwischen dem Institut für Mikroelektronische Systeme (Prof. Dr.-Ing. H. Blume) und den Modulen „Tissue Engineering“, „Biokompatibilität / Zell-Test-Systeme“ erfolgen.
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