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CTR: Funksensoren in der Kryokonservierung

Pressemeldungen | von CTR Carinthian Tech Research | 18. Dezember 2013
Der SAW Sensor im flüssigen Stickstoff bei -196 Grad Celsius Der SAW Sensor im flüssigen Stickstoff bei -196 Grad Celsius BILD: CTR Carinthian Tech Research

Eiskalt positioniert

Wenn unterhalb von minus 130 Grad Celsius jeder Lebensprozess stillsteht, bleiben spezielle Funksensoren noch hoch aktiv. Für die Lagerung von biologischen Proben und die Handhabung von Biodaten nutzt man das, um z. B. die Temperatur ununterbrochen zu dokumentieren und den Lagerprozess effizient und sicher zu gewährleisten.

Die Kryokonservierung, also das Einfrieren, gilt weltweit als die sicherste Methode, Zellen und Gewebe jahrzehntelang vital zu erhalten. Bei mindestens 140, meist aber bei minus 190 Grad Celsius werden beispielsweise Knochenmarkstammzellen, Blut, zelluläres Erbgut sowie Gewebe und biologische Proben gelagert, um dann zur Erforschung von Krankheiten oder zur Entwicklung neuer Therapien oder Medikamente wieder eingesetzt zu werden. Die Gasphase von flüssigem Stickstoff sorgt bei Temperaturen von ca. –190 Grad Celsius dafür, dass die vitalen Zellen tiefgefroren bleiben. Dadurch kommt der gesamte Stoffwechsel der Zelle zum Erliegen; die Zelle „schläft“ sozusagen. Nach dem Auftauen setzen die normalen physiologischen Prozesse wieder ein, die Zelle „erwacht“ und beginnt zu leben. Aufbewahrt werden die wertvollen biologischen Proben in speziellen miniaturisierten Zellcontainern, die die Zellen auch vor schädlichen Temperaturschwankungen während des Einlagerns und der Entnahme schützen sollen.

Thermischer Stress

Und genau darin, nämlich im Schutz der Zelle vor schädlichen Temperaturschwankungen, liegt auch die große Herausforderung. Erst eine ununterbrochene Kühlkette, vom Einfrieren der Proben bis zur Einlagerung und auch im Weg zurück, entscheidet über die Qualität der Zellen. „Die Zellen sind nur ab einer Temperatur von unter -130 Grad Celsius dauerhaft lagerstabil, das bedeutet, dass sie keine Zellaktivität aufweisen. Wird diese kritische Temperatur überschritten, kommt es zu einem Rekristallisierungsprozess, der die Lebendigkeit und damit die Qualität der Zelle beeinträchtigt“, erklärt Martin Druse, Projektmanager bei der Firma ASKION, Systemgerätehersteller für die Medizintechnik und Bioanalytik. „Wir haben daher eine lückenlose Kontrolle und Dokumentation, um sicherzugehen, dass die Zelle keinem thermischen Stress ausgesetzt wird.“ Speziell für die automatisierte Überwachung der einzelnen Transportbehälter suchte man nach effizienten Monitoringtechnologien. Die Anforderungen an die Technologie waren dementsprechend: Sie sollte nicht nur tiefentemperaturtauglich, sondern auch kompakt sowie servicefrei sein und ohne externe Energieversorgung wie z. B. Batterien auskommen. „Das waren die Gründe, aus denen wir uns für die SAW-Technologie und für das völlig passive System zur gezielten Temperaturmessung entschieden haben“, ergänzt Druse. Derzeit befindet sich das Projekt über die Temperaturkontrolle von Biodatenbanken mittels des SAW-Systems in der Endphase. Druse: „Die Machbarkeit wurde bewiesen, die Datenübertragung funktioniert einwandfrei und wir konnten ein lückenloses Temperaturmonitoring sicherstellen. Jetzt gilt es, die Serientauglichkeit zu erreichen.

Wissenschaftlich publiziert

Erste wissenschaftliche Belege und Studien für den Einsatz bei tiefen Temperaturen präsentierte das CTR-Forscherteam bereits im europäischen „SAWHOT“-Projekt. Das Projekt befasste sich mit der Erforschung und industriellen Anwendung von Funksensoren für extreme Temperaturbereiche. Dabei konnten die CTR-Spezialisten den Niedertemperaturbereich des SAW-Systems von -40 °C auf -200 °C erweitern. Die Ergebnisse wurden in zahlreichen Publikationen veröffentlicht und auf internationalen Konferenzen und Veranstaltungen präsentiert.

Kryogene Anwendungen

Kryogene Anwendungen (von griechisch: kryos = Kälte und dem lateinischen zeugen, erschaffen) sind Prozesse bei extrem niedrigen Temperaturen. Flüssigstickstoff (Siedepunkt -195,80 °C) hat sich dabei etwa zur Langzeitlagerung von biologischen oder medizinischen Proben bewährt. Die Kryotechnik erschließt zunehmend industrielle Bereiche: etwa Kühlen von Gewebebahnen, Zerspanungsprozesse, Einschrumpfen von Getriebewellen bei Windkraftanlagen, Kaltmahlen oder Entgraten von Gummi und Kunststoffen oder im Straßenbau, wo es um die Kühlung von Transportbeton geht.

SAW-Technologie

Darunter versteht den physikalischen Effekt der Oberflächenwellen (engl. Surface Acoustic Waves – SAW), den man zur Datenübermittlung per Funk nutzen kann. Der SAW-Sensor wird aus der Energie im Funksignal selbst versorgt, arbeitet völlig passiv (= ohne externe Energieversorgung wie Batterie) und übermittelt die abgefragte Messgröße an das Lesegerät. Gemessen werden einzelne oder mehrere Parameter wie Objektidentifizierung, Temperatur, Druck, Kraft oder Dehnung. Durch die verwendeten robusten Piezokristalle eignen sich die SAW-Sensoren besonders für Einsätze bei extremen Temperaturen oder extremem Druck oder an rotierenden Teilen.

Letzte Änderung am Dienstag, 25 April 2017 18:06
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