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Virentest mit Atemluft: Automatisierte Fertigung von Anfang an bedacht

Entwicklung von Testkits
Beim Atemluft-Test auf Viren die automatisierte Fertigung mitdenken

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Als Alternative zum Abstrich soll es mit dem neuen Test gelingen, Viren in der Atemluft nachzuweisen (Bild: Contexo)
Eine Idee aus der Forschung: Lassen sich Erreger wie das Coronavirus in einem Atemluft-Test nachweisen? Um das in die Praxis umzusetzen, sind Molekularbiologen und Mediziner erforderlich, aber auch Ingenieurwissen. Das tragen in einem aktuellen Projekt Experten für die Montageautomation bei.

Angela Frank
Contexo, Winterbach

Nie mehr Stäbchen in die Nase? Wie empfindlich das menschliche Riechorgan auf Fremdkörper im Inneren reagiert, haben viele in der Coronavirus-Pandemie erfahren. Vor diesem Hintergrund entstand die Idee, ein Testverfahren zu entwickeln, dass diesen unangenehmen Teil komplett umgeht: Wenn sich Alkohol in der Atemluft durch Pusten nachweisen lässt, sollte so etwas ähnliches nicht auch möglich sein mit Viruspartikeln?

Mit dieser Frage befassen sich seit zwei Jahren die Partner im Forschungsprojekt Asarsi. Alle übernehmen bei der Entwicklung ganz unterschiedliche Aufgaben. Um das Sars-Cov-2-Virus sicher zu erkennen, sind monoklonale Antikörper erforderlich. Diese stellt die Mediagnost Gesellschaft für Forschung und Herstellung von Diagnostika GmbH aus Reutlingen her. Passend dazu entwickeln die Mitarbeiter einen Lateral Flow Assay (LFA), also einen chromatographischen medizinischen Schnelltest. Dieser zeigt wie die bekannten Abstrich-Testkits mit einer Färbung die Anwesenheit der gesuchten Viren an. Ebenfalls im molekularbiologisch-medizinischen Bereich beteiligt ist das Institut für Medizinische Virologie und Epidemiologie der Viruskrankheiten des Universitätsklinikums Tübingen. Die Fachleute dort stellen nicht nur das infektiöse Material zur Verfügung, sondern führen auch Validierungen für den künftigen Test und sein Funktionsmodell durch.

Automatisierung der Virustest-Herstellung: ein Fall für Ingenieure

Eine weitere, für ein künftig in großer Zahl herzustellendes Testsystem nicht minder wichtige Aufgabe liegt in den Händen von Ingenieuren: Den Prototypen für den Test nämlich entwickelt die Winterbacher Contexo GmbH, die sich auf den Bau von Hochleistungs-Montagemaschinen für Massenartikel spezialisiert hat – darunter auch Medizinprodukte. „Wir haben schon mit unzähligen, innovativen Medical Devices gearbeitet“, sagt Geschäftsführer Jürgen Müller. „Da bekommt man ein Gespür dafür, wie ein Produkt auszusehen hat und wo es noch optimiert werden kann.“

Um innovative Medizinprodukte herzustellen, sind produktionstechnische Herausforderungen zu bewältigen. Mit Projekten an der Schwelle von der Forschung zur Einführung – wie der „Lab-on-Chip“-Technologie – hat Contexo in einem Projekt mit der Curetis GmbH aus Holzgerlingen Erfahrungen gesammelt. „Das komplexeste Minilabor der Welt“ sollte entstehen, und Verunreinigungen durch Moleküle menschlichen Ursprungs waren tabu. Das hieß, so wenig Personal wie möglich im Prozess zu haben. Daher wurde und wird das Produkt in einer vollautomatisierten Anlage montiert.

Um sieben Teile zu montieren, waren 45 Prozesse erforderlich

Und so eine Anlage hat zu tun: Für eine pharmazeutische Dosierkappe beispielsweise mussten sieben Komponenten montiert werden. Dafür waren 45 Prozesse erforderlich, inklusive Laserschweißen mit einer Toleranz von 3° und Heißbördeln. Alle Prozesse erfolgten gekapselt und reinraumkonform. Um hier alle Details rechtzeitig zu berücksichtigen, muss bei der Entwicklung von Anfang an die Wertschöpfungskette betrachtet werden.

Für Müller sind Erfahrungen aus solchen Projekten „unbezahlbar“ – und sie kommen nun dem neuen Projekt für den Coronavirus-Atemluft-Test zugute. Auch hier ist die Kernfrage: Wie lässt sich das Produkt industriell fertigen?

Um zu analysieren, was machbar ist, nahmen die Winterbacher des geplante Medizinprodukt unter die Lupe: Produktentwurfsdaten, Zeichnungen, 3D-Daten oder Mock-ups wurden erstellt und ausgewertet. Geplant ist ein Atemluft-Test, der in einem mehrteiligen Kunststoffgehäuse abläuft und in nur 3 s erfolgen soll. Die ausgeatmete Luft wird dabei zu einer Pufferlösung geführt. Diese darf aber nicht etwa versehentlich eingesaugt werden. „All das muss die Technik sicherstellen“, sagt Müller.

Wirtschaftlich sinnvoll automatisieren mit App und Software

Viele Faktoren beeinflussen die Herstellung des Virentests

Anhand der Randbedingungen und Daten ließ sich ermitteln, welche Fertigungsprozesse grundsätzlich in Frage kamen. Contexo prüfte die Möglichkeiten, aber auch das Zusammenspiel der Schritte und deren Wechselwirkungen. Langjährige Verbindungen zu Laserherstellern und Spritzgießern waren hier von Nutzen, denn diese steuern ihr Wissen bei, wenn es knifflig wird. „Unsere ganzheitliche Betrachtung reduziert den Aufwand und beschleunigt die Umsetzung“, sagt Müller. Die Partner im Forschungsprojekt profitierten vom Know-How des Automatisierungsexperten und mussten „sich nicht mühsam einzelne Informationen zusammensammeln“.

Die ausgewählten Prozesse setzen die Automatisierungsexperten in Versuchsaufbauten zusammen. Der Proof-of-Principle (PoP) erfolgte anhand eines systematischen Design-of-Experiments (DoE) mit geeigneten Komponenten und Lieferanten. Um zu sehen, wie gut das Ganze klappt, wurden sowohl das Produkt betrachtet als auch die Prozesse und die generierten Daten sowie die Qualitätsabsicherung.

Der geübte Blick auf Details zeigt dann schnell, wo noch Luft nach oben ist. Im nächsten Schritt entsteht das Produk-
tionskonzept mit integrierter Qualitätsprüfung. Auch Prozessdaten-Evaluierung und Track&Trace-Konzepte werden betrachtet. Im letzten Schritt prüfen die Automatisierungsexperten die Anlage gegen GMP-Richtlinien.

Große Investitionen in automatisierte Anlage

Lohnt sich dieser Aufwand in der Vorbereitung? Laut Contexo-Geschäftsführer Müller auf jeden Fall: „Automatisierte Anlagen sind immer eine große Investition – da müssen am Ende das Produkt, der Prozess und das Produktionsequipment funktionieren.“

Das gilt auch für das Projekt Asarsi mit seinen ehrgeizigen Zielen: Der Test soll nicht nur einen sicheren Nachweis bei Sars-Cov-2-Infektionen liefern, sondern langfristig auch als Schnelltest für weitere bakterielle und virale Erreger in den Atemwegen dienen. Und neben der einfachen Handhabung für Patienten soll er besonders schnell und präziser sein als bisherige Lösungen.

Für Müller geht es darum, dass gute Ideen nicht in der Schublade bleiben, sondern schnell in die Massenfertigung gehen und den Betroffenen zur Verfügung stehen. „Dazu wollen wir bei Contexo mit unseren Erfahrungen beitragen.“


Weitere Informationen

Die Contexo GmbH ist ein familiengeführtes Unternehmen aus Winterbach bei Stuttgart und hat sich auf den Bau von Hochleistungs- Montagemaschinen für Massenartikel spezialisiert.

www.contexo-automation.de


Kontakt zum Montageexperten:
Contexo GmbH
Herrenäckerstr. 7-9
D-73650 Winterbach
www.contexo-gmbh.de



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