Laborautomatisierung Schnelle In-Vitro-Diagnostik mit speicherprogrammierter Steuerung

Redakteur: Reinhard Kluger

infoteam entwickelt mit Partnern Steuerung für das Forschungsprojekt Zentrilab . Die patientennahe ‚Point-of-Care‘ (POC) Diagnostik übt einen starken Einfluss auf den wichtigen Markt der In-Vitro-Diagnostik aus.

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Zentrilab, eine Systemplattform für patentiennahe Diagnostik ist schnell vor Ort einsetzbar
Zentrilab, eine Systemplattform für patentiennahe Diagnostik ist schnell vor Ort einsetzbar
( Archiv: Vogel Business Media )

Aufgrund der Anbindung dieses Marktes an niedergelassene Ärzte wird an POC Plattformen ein besonderes Anforderungsprofil gestellt. Und das ist vielseitig: Diagnostikgeräte sollten möglichst einfach bediendar sein, kurze Analysezeiten bieten, sowie eindeutige und qualitativ hochwertige Ergebnisse liefern, immer kostengünstig, und zugleich kompakt und flexibel für zahlreiche unterschiedliche Untersuchungen einsetzbar sein.

Hohe Anforderungen, die sich bislang nicht zufriedenstellend lösen ließen. So startete 2006 das ZentriLab Projekt, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Neben infoteam Software arbeiten weitere sieben Industriepartner eng mit dem Bio-Disk Team des Instituts für Mikrotechnik und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft e.V. (HSG-IMIT) in Baden-Württemberg zusammen.

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Ausgangspunkt ist eine grundlagenorientierte Basisentwicklung, die im Wesentlichen das Erarbeiten der mikrofluidischen Konzepte, Funktionalisierungsmöglichkeiten und Reagenzienintegration betrifft. Zu diesem zentralen Baustein tritt die industrielle Forschung an einer Basis-Plattform für die POC-Analytik in den definierten Applikationsbereichen ein. Innerhalb des Forschungsprojekts ist infoteam Software mit der Steuerungsentwicklung der Systemplattform beauftragt.

Das zu entwickelnde System umfasst ein Tischgerät sowie eine multi-purpose Fluidik-Kartusche aus Kunststoff, einen Einweg-Testträger, auf dem verschiedene vollständige diagnostische Protokolle nach Auftrag einer Kleinstmenge Blut vollautomatisiert ablaufen. Je nach eingelegter Kartusche lassen sich dann verschiedene Tests fahren.

Die Pilotapplikation stellt sich wie folgt dar: ein Thyroid-(Schilddrüsen-)Hormon Panel (TSH, fT3, fT4) sowie ein Steroid-Hormon-Panel für Vollblutproben werden implementiert. Die Detektion erfolgt durch Chemilumineszenz (CIA). Aus dem Bereich Nukleinsäurediagnostik ist ein PCR-basierter (Polymerase Chain Reaction) Genotyping-Test zum Bestimmen der Blutgruppe mit integrierter DNA-Extraktion aus Vollblut implementiert. Zum Auswerten sind lediglich 15 µl Flüssigkeit erforderlich, das heißt, ein Tropfen Blut genügt, und in wenigen Minuten weiß das Gerät, ob der Patient eine harmlose Infektion hat oder eine hochansteckende Krankheit.

infoteam entwickelte die Steuerung des Geräts, die über das Echtzeitbetriebssystem Windows Embedded CE 6.0 pro per Touchpanel erfolgt. Dies wurde mit der IEC 61131 Programmiersoftware OpenPCS realisiert. Als Motorcontroller verwendete man den EPOS 70/10 für den Maxon-Motor EC45. Dieser dreht den Einweg-Testräger der Fluidik-Kartusche. Ein weiterer EPOS-Motorcontroller steuert den Dispenser für bis zu 3 Flüssigkeitsreagenzien. Eine Coldfire-SPS steuert den Ablauf (Bewegung, Heizung). Die Kommunikation erfolgt mit WinCE über eine serielle Schnittstelle, zum Beispiel zum Empfang von Protokollen (Strings), dem Statusversand, sowie der Kommunikation mit dem Service Tool. WinCE wertet zugleich die optischen Daten aus.

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