Membran-App: Entwicklung komplexer biomedizinischer Systeme mit Integration biologisch kompatibler Membranen

Verantwortlich: Sdrenka, S.

Membranen erfüllen zahlreiche technische Funktionen und eignen sich hervorragend zur Trennung von Kompartimenten unter Gewährleistung eines Stoffaustausches abhängig von Porengröße und Größe der Moleküle, für die eine Membranpermeabilität gewährleistet sein muss. Insbesondere die Eigenschaften beim Stofftransport und –austausch sowie Mikrofluidik und hydrodynamische Porenströmung sind dabei für viele Anwendungen im biomedizinischen Bereich von höchstem Interesse. Die Fügetechnologie für das Einbringen von (Mikro-)Membranen zur Trennung von Kompartimenten in komplexe mikrostrukturierte Bauteile wie beispielsweise bei Organ-on-a-chip Modellen sowie die Fügetechnologie in Kombination mit der Herstellungstechnologie stellen dabei eine große Herausforderung dar. Die Membran selbst ist in der Regel eine poröse Folie mit spezifischen Eigenschaften, die eine umsichtige Handhabung erfordert, um eine Membranschädigung vor dem Einsatz zu vermeiden. Mit Blick auf den seriellen Herstellungsprozess mittels variothermen Mikrospritzgussverfahren stellt dabei insbesondere das Fügen der Membran mit komplexen Mikrobauteilen, aufgrund minimaler Fügeflächen und geometrischer, prozesstechnischer und anwendungsspezifischer Gegebenheiten, eine komplexe Herausforderung dar.

Das gemeinsame Projektziel ist es, für diese Herausforderungen eine Fügetechnologie (in Verbindung mit der Herstellungstechnologie, dem variothermen Mikrospritzguss) zu entwickeln und mit wirtschaftlichem Ansatz nutzbar zu gestalten. Im Rahmen dieser Entwicklung werden konkret drei Produkte bzw. biomedizinische Anwendungen der Partner, ein Modul für die Zellseparation samt Separationsmatrix auf Basis von Agarose-Beads/Silica-Beads (IBA), Perfusionseinsätze mit und ohne integriertem Mehrkanalmembransystem zur optimierten fluidischen Versorgung von 3D-Zellkulturmodellen (iba e.V.) und ein Zellbarriere-Chip mit Fokus auf das Strömungskanaldesign sowie Zellkompatibilität der Membran (IMT), gezielt entwickelt, um die Funktionalitäten von Membran und Prozessanforderungen optimal zu kombinieren. Dabei müssen die Prozesse (Fügetechnik und variothermer Spritzguss) und die jeweilige biomedizinische Anwendung sowie die erforderliche Sterilisation so umgesetzt werden, dass ein optimaler Wirkungsgrad in Verbindung mit den Fertigungsmöglichkeiten erreicht werden kann. Der Fokus auf Prozess- und Werkzeugentwicklung liegt im gemeinsamen Vorhaben bei PUK und TPK. Ziel ist es, alle Produkte in einem Spritzgusswerkzeug zu kombinieren. Die Technologieentwicklung der Fügetechnik erweitert darüber hinaus das Angebot der Fertigungstechnologien in der Werkzeugfertigung und Serienproduktion im Spritzgussverfahren. Der gemeinsam erarbeitete Wissensgewinn kann auf weitere Anwendungen und Produkte aller Partner skaliert werden und stärkt damit nachhaltig das Wissens- und Technologie-Portfolio für die Projektpartner im Marktgeschehen der Zukunft.

 

Das Kooperationsprojekt ist ein gemeinschaftliches Vorhaben von

 

Im Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (CZM) ist das Projekt im Forschungscluster „Polymersysteme, Mikrosensorik und Biologisierung“ angesiedelt und schärft damit das Forschungsprofil sowie die inhaltliche Ausrichtung.