Bei vielen Erkrankungen wie Arteriosklerose, Osteoarthritis oder bei Krebs ist eine Veränderung der Elastizität des Gewebes zu beobachten. Um diesen Zusammenhang besser zu verstehen und neue Diagnoseverfahren zu entwickeln, müssen Forscher die mechanischen Eigenschaften von Geweben erfassen können. Doch bislang fehlten dazu geeignete Messinstrumente. Diese Lücke füllt nun ein neuartiges Gerät, das von CSM Instruments zusammen mit dem CSEM entwickelt wurde. Der sogenannte „Bioindenter“ ist das Resultat eines 18 Monate dauernden KTI-Projekts, das im Rahmen der Sondermaßnahmen zum starken Franken gefördert wurde. Dank des Bioindenters wird es nun erstmals möglich, lokal Elastizität und Steifigkeit von weichen Materialien in physiologischer Umgebung zu messen.
CSM Instruments entwickelt und fertigt Präzisionsinstrumente, mit denen die mechanischen Eigenschaften von harten Oberflächen im Mikro- und Nanometerbereich gemessen werden können. „Von Kunden wurde immer wieder das Bedürfnis geäußert, auch weiches, biologisches Material zu untersuchen“, erklärt Applikationsingenieur Jiri Nohava. Um die bestehenden Messgeräte für weiche Proben anzupassen, entwickelten die Ingenieure einen Kraftsensor, der mit kleinsten Kräften im Bereich von Mikro-Newton arbeitet, optimierten die Gerätevorrichtungen und passten die Software an. Gleichzeitig galt es, einen geeigneten Probenhalter für die biologischen Proben zu entwickeln.
Hierfür erwies sich das CSEM mit seiner breiten Erfahrung in der Entwicklung von Anwendungen für die Biologie und die Nanotechnologie als geeigneter Forschungspartner. Der Probenhalter zur Bereitstellung der biologischen Proben, die sog. Biokammer, muss verschiedene Anforderungen erfüllen: Zur Messung müssen die Proben in einer physiologischen Umgebung – flüssig und bei Körpertemperatur – vorliegen. Der Probenhalter muss mit bestehenden Zellträgern kompatibel sein. Idealerweise sollte zudem der Indentationsprozess „in situ" über ein Mikroskop beobachtet werden können.
In nur neun Monaten haben die beiden Partner einen funktionsfähigen Prototyp entwickelt, der mit handelsüblichen Laborbehältern aus Plastik und Glas kombiniert werden kann und über einen Temperatur-Controller verfügt, mit dem sich die geforderten Bedingungen steuern lassen. Das CSEM war auch für die Systemintegration des Standard-Mikroskops in die Biokammer verantwortlich. „Der interdisziplinäre Ansatz des CSEM kam bei diesem Projekt besonders zum Tragen“, so Gilles Weder, Projektleiter beim CSEM. „Im Team arbeiteten Biologen, Physiker, Chemiker und Ingenieure eng zusammen.“
Die Einsatzgebiete für das neue Messgerät sind breit, im Vordergrund steht derzeit die Forschung, etwa um die Entwicklung von Krankheiten zu untersuchen oder biologisches Gewebe grundlegend zu studieren. Das größte Marktpotenzial liegt künftig jedoch in neuen medizinischen Diagnosemethoden sowie im Tissue Engineering zur Entwicklung von Implantaten und Hilfsmitteln, die mit menschlichem Gewebe interagieren – beispielsweise Kontaktlinsen.
Kontakt: Dr. Gilles Wede, CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA
gilles.weder@csem.ch
.jpg)
.png)
