Kongress- und Tagungsbeiträge

A life support system for the cultivation of adherent 2-D and scaffold-based 3-D cell cultures in a microfluidic device, a Bio-Micro-Electro-Mechanical System (BioMEMS) is presented. The miniaturization level and system set-up allow incubator-independent operation modes and long-term experiments with real-time microscope observation. A dedicated seeding procedure for adherent cells into the microstructures is one key issue of the BioMEMS developed. Several seeding methods for the cells were evaluated. Biocompatibility of all materials, surfaces and methods could be demonstrated. First experiments with several cell types show the feasibility of the approach employing standard laboratory protocols. At present, the modular design and set-up offer a broad application spectrum as well as its future extension to e.g. culti.

In der klinischen Anwendung der Elektroenzephalographie (EEG) werden heutzutage als biomedizinische Sensoren Ag/AgCl Elektroden (vorwiegend 64 oder 128 Stück) verwendet. Diese werden über ein elektrisch leitfähiges Gel manuell mit der Kopfhaut in Verbindung gebracht und manuell ("statisch") positioniert. Dieser Prozess ist äußerst zeitaufwendig. Folglich ist eine umfassende Untersuchung und Erfassung der bioelektrischen Signale jüngerer, älterer und psychisch anfälliger Personen sowie in bestimmten klinischen Anwendungen, wie beispielsweise der Epilepsiediagnostik oder Diagnostik von Patienten im Koma, nur bedingt bzw. eingeschränkt durchführbar. Alle Versuche, technische Mechanismen (Schrauben, Federn, Magnete usw.) zum automatischen Annähern von Elektroden (oder Sensoren im Allgemeinen) zu nutzen, sind bisher fehlgeschlagen. Ziel der Forschungsarbeiten an der TU Ilmenau ist die Verwendung trockener Elektroden mit Hilfe eines biologisch inspirierten, "dynamischen" Positionierverfahrens. Bei der Verwendung dieser Elektroden entfällt der Einsatz von leitfähigen Substanzen. Dies erlaubt eine erhebliche Zeit- und somit Kostenersparnis. Die Herausforderung liegt hierbei auf der Aufrechthaltung einer möglichst konstant zu haltenden Mindestandruckkraft, der Ausrichtung der Elektrode gegenüber der Kopfoberfläche sowie das Durchdringen der Kopfbehaarung. Als eine erste konkrete Umsetzung des Verfahrens wurde basierend auf dem natürlichen Vorbild der Schneckenfühler ein funktionsfähiges Demonstrationsmodell, eine nachgiebige EEG Haube, realisiert. Das System besteht aus monolithischen Mechanismen mit fluidmechanischem Antrieb aus Silikon (Nachgiebiger Mechanismus), die netzartig miteinander verbunden sind und eine translatorische Bewegung mit dem Freiheitsgrad von eins durchführen. Der Aufbau ermöglicht theoretisch das Heranführen von über 150 trockenen Elektroden an den Kopf. Nachteilig bei dieser Bewegungsform ist das flächige Zusammendrücken der Haare unterhalb der Kontaktierfläche der Elektrode. Die derzeitige Weiterentwicklung verfolgt den Ansatz einer Bewegungsform mit dem Freiheitsgrad von zwei. Hierbei vollführt der einzelne Nachgiebige Mechanismus neben der Vorschubbewegung eine Teilrotation in Richtung des Vorschubes. Um die Struktur biologisch inspiriert zu verbessern, wurde ein Katalog zoologischer und botanischer Strukturen zusammengestellt, der in dem vorliegenden Beitrag präsentiert wird.