Erforschung und Entwicklung eines energieeffizienten Breitband-Impedanz-Chips zur Echtzeit-Zellkulturüberwachung

21174 BR

Forschungsstelle 1: Institut für Bioprozeß- und Analysenmeßtechnik e.V.
Rosenhof
37308 Heilbad Heiligenstadt 
Projektleiter 1: Prof. Dr. Uwe Pliquett 
Forschungsstelle 2: IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH
Ehrenbergstraße 27
98693 Ilmenau 
Projektleiter 2: Peggy Reich M. Sc. 
Laufzeit: 01.07.2020 - 31.12.2022

Es gibt zahlreiche wissenschaftliche Publikationen zur Anwendung der Impedanzspektroskopie, wie z.B. die Überwachung industrieller Brauprozesse, die Messung der Feuchtigkeitsaufnahme von Bausubstanzen, die Qualitätskontrolle von Stammzellkulturen für die regenerative Medizin, die Bestimmung der Lebensdauer und des Ladezustands von Batterien oder die Detektion der Bildung von mikrobiellen Biofilmen. Für die Anwendung zur Echtzeit-Zellkulturüberwachung sind kommerziell erhältliche Impedanzanalysatoren jedoch zu groß und teuer und somit nicht für die Integration in miniaturisierte oder portable Systeme geeignet. Die wenigen kommerziell verfügbaren miniaturisierten Impedanzanalysoren erfüllen nicht die benötigten Anforderungen für die hier anvisierten Anwendungen, insbesondere eine hohe Bandbreite bei hoher Messgeschwindigkeit. Im Projekt soll erforscht werden, ob sich das Relaxationsmessprinzip als integrierte Schaltung auf der Basis von CMOS-Herstellungstechniken für die Entwicklung miniaturisierter Impedanzanalysatoren realisieren lässt. Das Ziel ist ein Demonstrator für die integrierte Schaltung zur Impedanzmessung in Form eines Mikrochips, der die folgenden Charakteristika aufweisen soll: - Breites Frequenzspektrum - Hohe Messgeschwindigkeit - Hohes Signal-Rausch-Verhältnis - Preisgünstig - Niedriger Energieverbrauch. Die Funktionalität des Demonstrators wird anhand zweier Anwendungsbeispiele getestet, die von den KMU im projektbegleitenden Ausschuss als wichtig erachtet wurden. Durch die Aufteilung der Entwicklungskosten auf mehrere KMU kann der Aufwand jedes einzelnen herabgesetzt werden. Der Demonstrator dient als einheitliches Muster, das den KMU die Umsetzung innovativer impedanzbasierter Produkte für ihr jeweiliges Anwendungsgebiet ermöglichen soll, um damit ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.

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BMWk-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 21174 BR der Forschungsvereinigung DECHEMA, Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
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