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Fortschritt durch Forschung: Das Labor für die Hosentasche

Was für ein Projekt:

  • Lab-on-a-chip Forschungsprojekt zur Vervielfältigung von DNS-Sequenzen mit der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) für die Molekularbiologie, Gensequenzierung und klinischen Forschung

In der Molekularbiologie und klinischen Forschung ist die Vervielfältigung von DNS-Sequenzen mit der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ein unverzichtbares Werkzeug. Herkömmliche Instrumente zur Durchführung der PCR benötigen mehr als 90 Minuten. infoteam beteiligte sich hier an einem Forschungsprojekt mit dem Ziel, diesen Prozess zu beschleunigen. Dazu wurden erfolgreich  die Wärmekapazitäten und die Volumina drastisch verkleinert.

Das Entwicklerteam erarbeitete eine modulare Architektur der Softwarebausteine, die es dem Laboranten oder Biologen erlaubt, über die biOS Engine als Editor die Prozesse in seiner Denk- und Sprachwelt zu definieren, ohne besondere Computer- geschweige denn Programmierkenntnisse vorhalten zu müssen. Dazu wurde ein implementierter Scheduler entwickelt, der völlig verschiedene Prozessschritte vollzieht. Damit wird die Durchsatzrate optimiert und es können nebenläufige bzw. Parallelanalysen durchgeführt werden.

Das Ergebnis lässt sich sehen: Dieses miniaturisierte PCR-System, das die Reaktionsschritte im Fluss durchführt, benötigt für die Reaktionszeiten in 40 PCR-Zyklen lediglich 5 Minuten, da Temperaturänderungen in weniger als 100 ms durchgeführt werden können.

 

Embedded Softwareentwicklung – einmal gebaut, wiederverwendbar

Die Grundfunktionalitäten im Zusammenspiel mit dem embedded Controller auf Basis eines leistungsfähigen PowerPC sind definierte Software-Module. Diese sogenannten Funktionsbausteine können vorab validiert werden, so dass bei der Anwendung im Labor der gewünschte Analyseprozess wie aus Legobausteinen zusammengestellt werden kann.

Dies beschleunigt nicht nur die Entwicklung neuartiger Verfahren, sondern erleichtert vor allem die Zertifizierung der Analytik gemäß In Vitri Diagnostic Directive der Europäischen Union.

Die Prozesse sind entsprechend den IVD-Regularien bzw. der IEC 62304 zu zertifizieren. Jedoch ist der Zeit- und Kostenaufwand hierfür erheblich reduziert. Durch modulare Software-Strukturen bieten sich dem Hersteller vielfältige Möglichkeiten für die Produktgestaltung.

Die Gesamtarchitektur hierfür muss lediglich einmal aufgestellt und zertifiziert sein – als eigenständiges Produkt können auch mehrere Varianten dieses einen „Lab-on-a-Chip“ Systems vermarktet werden!

 

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