Projektstart von BICCell: Impedanz-Chip für vielfältige neue Anwendungen

Heilbad Heiligenstadt/Ilmenau, 06.10.2020. Das Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (iba), Heilbad Heiligenstadt, und das IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH (IMMS GmbH), Ilmenau, stellten am 2. Oktober 2020 in den Räumen des iba dem projektbegleitenden Ausschuss aus neun Unternehmen Details des am 01. Juli gestarteten 30-monatigen Projekts BICCell vor, in dem ein energieeffizienter Breitband-Impedanz-Chip zur Echtzeit-Zellkulturüberwachung und zur Messung von Teststreifen erforscht und entwickelt wird.

Die Impedanzspektroskopie als solche ist bereits in wissenschaftlichen Laboren etabliert und wird dort z.B. zur Charakterisierung von Batterien und Brennstoffzellen, zur Überwachung der Kinetik chemischer Reaktionen sowie als Messmethode von Biosensoren genutzt. „Die Messung von Impedanzen ist nicht nur für uns als Hersteller von Mikrobioreaktoren interessant. Sie kann für verschiedenste Anwendungen ein vielversprechender Wettbewerbsvorteil sein und neue Märkte erschließen. Dazu muss die komplexe Messtechnik allerdings deutlich kleiner und kostengünstiger werden“, erklärt Anna Kress, Director Technical Business Development bei der m2p-labs GmbH, die BICCell im projektbegleitenden Ausschuss unterstützt. Mit kommerziell erhältlichen integrierten Schaltungen (ICs) könne man dieses Ziel allerdings nicht erreichen, da sie zu teuer, zu energieintensiv, zu langsam und vor allem nicht in ein Mikrotiterplattensystem integrierbar seien, so Kress weiter.

In BICCell wird das IMMS daher einen neuen IC entwickeln, der im Unterschied zu gebräuchlichen Impedanzmessgeräten mit einem beim iba etablierten Verfahren, der Relaxationsspektroskopie, arbeitet. Dabei wird das Zeitsignal ausgewertet, das sich bei der Anregung des zu untersuchenden Materials mit einer Sprungfunktion ergibt.

Dieses Verfahren und insbesondere die theoretischen Grundlagen zur Erzeugung des Anregungssignals und der Abtastung der Antwort sind die Basis für die Konzeption des Impedanzmesschips, die das iba in BICCell einbringen wird. Außerdem werden in den Laboren des iba die praktischen Messungen der Anwendungsbeispiele vorgenommen.

Mit der neuen integrierten Schaltung kann die Impedanzspektroskopie durch die hohe Variabilität leicht auf verschiedene Anwendungen übertragen und somit universell eingesetzt werden. Der Bauraum und die Kosten von Impedanz-Messsystemen können mit dem Chip minimiert werden. Mit diesem wird ein Demonstrator entworfen und an zwei ausgewählten Anwendungen verifiziert: der Überwachung von Zellkulturen und der Messung von Teststreifen. Die KMUs im projektbegleitenden Ausschuss können die Eignung des ICs für ihre spezifischen Anwendungen prüfen und nach Projektende daraus Prototypen entwickeln.

„Mit miniaturisierten Impedanzanalysatoren können wir unsere Systeme mit wichtigen Zusatzinformationen für Zellkulturen erweitern, insbesondere für die Bestimmung der Lebendzellzahl, die in Kulturen mit Säugetierzellen besonders von Bedeutung ist. Wir wollen langfristig die Forschungsergebnisse aus BICCell in unseren Produkten anwenden,“ kündigt Anna Kress für m2p-labs an. Dr. Friedrich Scholz, Entwicklungsleiter der Senova Gesellschaft für Biowissenschaft und Technik mbH und ebenfalls Mitglied im projektbegleitenden Ausschuss von BICCell, erklärt, dass das Vorhaben wichtige Impulse für die diagnostische Entwicklung liefern und vor allem das Gesundheitssystem durch frühzeitige Diagnosen entlasten werde. Er prognostiziert: „Diese Technologie verspricht, sich von aktuellen, auf dem Markt verfügbaren Technologien deutlich abzuheben.“

Projektbegleitender Ausschuss:

• CLS Cell Lines Service GmbH: www.cls.shop
• DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH: www.dbfz.de
• DELTRON Elektronische Systeme GmbH: www.deltron-elektronik.de
• DITABIS Digital Biomedical Imaging Systems AG: www.ditabis.com
• IBA GmbH: www.iba-lifesciences.com
• Little Things Factory GmbH: www.ltf-gmbh.com
• m2p-labs GmbH: www.m2p-labs.com
• SelfDiagnostics Deutschland GmbH: www.selfdiagnostics.com
• Senova Gesellschaft für Biowissenschaft und Technik mbH: www.senova.de
• UST Umweltsensortechnik GmbH: www.umweltsensortechnik.de