Entwicklung und Test eines Labortischgerätes zum Erzeugen veränderlicher Magnetfelder für das gezielte Mischen von Zellen mit suspendierten Magnetpartikeln in Probengefäßen

Die schnelle Detektion von pathogenen Keimen ist für das Einschätzen von Gesundheitsrisiken mitunter von essentieller Bedeutung. In der Mehrzahl der Fälle müssen die Pathogene jedoch zunächst in einem ersten Schritt angereichert werden, um die Detektionsgrenze der für die Analyse verwendeten Methode zu erreichen. Mit der Biomagnetische Separation ist es aufgrund ihrer hohen Selektivität und Effizienz möglich, die Voranreicherungszeit zu verkürzen. Hohe Separationserfolge setzen dabei ein effizientes Mischen von superparamagnetischen Partikeln und Zielstrukturen voraus.
Die Abbildung zeigt den Entwurf eines experimentalen Versuchsaufbaus, mit dem magnetische Partikel durch gezielte magnetische Krafteinwirkung beschleunigt werden können. Daraus resultieren hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen den magnetischen Partikeln und den Zellen und die Kollisionsrate zwischen den beiden Reaktionspartnern erhöht sich. Das führt zu einer Steigerung der Effizienz der Biomagnetischen Separation. Dargestellt sind die drei Magnetkernebenen (1), wobei die mittlere entgegengesetzt zu den äußeren angeordnet ist. Zum Erzeugen der magnetischen Felder sind Spulen (2) an den magnetischen Kernen angebracht. Das Probengefäß (3) befindet sich im Zentrum der Polschuhe der magnetischen Kerne. Zur Temperierung des Gerätes dienen Peltierelemente mit Kühlkörpern (4).

CAD-Entwurf mit Magnetkernanordnung und Spulen sowie Peltierelementen zum aktiven Kühlen.

Das Projekt umfasst drei Teilprojekte:

An der Technischen Universität Dresden wird die Geometrie der magnetischen Kerne entwickelt. Aus den Ergebnissen von sich anschließenden Simulationen der entstehenden magnetischen Felder lassen sich Aussagen zu den Strömungsprofilen der Komponenten im Probengefäß treffen.
Beim Kooperationspartner, der Systemanalyse & Automatisierungsservice GmbH, liegt die Auslegung und Fertigung des Prototypen sowie die Implementierung der Steuerung und der Benutzeroberfläche.
Nach dem Bau des Prototypen werden an der Technischen Universität Dresden Separationsexperimente zum Bestimmen der Funktionsfähigkeit des Gerätes durchgeführt.