2. Preis

»Hydraulikinstrumente für die minimal invasive Chirurgie«

Bei minimal invasiven Eingriffen etwa im Bauchraum genügen ein oder zwei kleine Schnitte in die Bauchdecke, damit Chirurgen die Instrumente einführen und die Organe mit einem Endoskop sichtbar machen können. Die Endoskopspitze kann der Operateur je nach Ausführungsform abwinkeln. Seilzüge übertragen seine Handbewegungen. Auch die an modernen Endoskopen angebrachten Miniaturwerkzeuge wie Zangen, Klemmen oder Scheren werden über diese sogenannten Bowdenzüge mechanisch gesteuert. »Das erfordert viel Geschick und auch Kraft seitens des Operateurs. Denn durch das Bewegen der Bowdenzüge entsteht Reibung, dadurch wiederum geht Kraft verloren. Die Greifkraft, die an der Spitze ankommt, ist relativ gering. Der Chirurg kann das Gewebe daher weniger präzise manipulieren«, erklärt Timo Cuntz, Wissenschaftler aus der Projektgruppe Automatisierung in der Medizin- und Biotechnologie PAMB in Mannheim. Antriebe mit einer niedrigen Reibung und einer hohen Kraftdichte könnten den Arzt hingegen entlasten. Bei Tests haben sich Werkzeuge mit hydraulischem Antrieb als vielversprechend erwiesen. »Der Chirurg kann sie viel feinfühliger bedienen«, so der Ingenieur. Eine sterile, biokompatible Flüssigkeit aus medizinischem Weißöl in einem Kunststoffschlauch ersetzt die Seilzüge. Hydraulische Zylinder oder Muskeln, die der Chirurg per Handgriff bewegt, üben den erforderlichen Druck auf die Flüssigkeit aus und schieben sie in der Hydraulikleitung gegen einen zweiten Zylinder mit Feder, der wiederum die Endoskopspitze oder das chirurgische Instrument bewegt. Der Vorteil: Der Reibungsverlust ist viel geringer, die Greifkraft fällt höher aus. Bis zu 50 Newton können die Forscher erzielen. Der hydraulische Antrieb spielt seine Stärke vor allem dann aus, wenn es darum geht, die Kraft nicht nur auf geraden, sondern auf langen, gekrümmten Strecken – etwa durch den Verdauungstrakt – bis zur Spitze des Instruments zu übertragen. Entsprechend flexibel können auch die Zuleitungen gestaltet werden. Schläuche mit sehr kleinen Durchmessern und kleinen Biegeradien sind möglich. Derzeit fertigen Cuntz und seine Kollegen ein endoskopisches Instrument mit einem Außendurchmesser von gerade einmal drei Millimetern.

Fachlicher Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Timo Cuntz | Telefon +49 621 17207-114 | E-Mail senden

Pressekontakt
Axel Storz | Telefon +49 621 17207-366 | E-Mail senden

Fraunhofer-Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB
Theodor-Kutzer-Ufer 1–3 | CUBEX41 | 68167 Mannheim | Website

3. Preis (zwei punktgleich bewertete dritte Plätze)

Elektronenstrahler für die automatisierte Impfstoffherstellung

Effektiv, langandauernd und frei von Nebenwirkungen sollen Impfstoffe Infektionskrankheiten in der Human- und Veterenärmedizin bekämpfen. Doch trotz der Fortschritte in der Impfstoffentwicklung gibt es immer noch einen großen Bedarf an Impfstoff-Technologien. Seit Jahrzehnten werden giftige Chemikalien wie Formaldehyd verwendet, damit Viren für Tot-Impfstoffe ihre Infektiosität verlieren. Sie kommen z. B. gegen Grippe, Kinderlähmung oder Hepatitis A zum Einsatz. Die Verwendung von Formaldehyd zur sogenannten Inaktivierung von Viren führt allerdings zu einer chemischen Veränderung der Antigene der Erreger, was eine abgeschwächte Wirksamkeit des Impfstoffs zur Folge hat. Ausgeglichen wird dies durch mehrmalige Auffrisch-Impfungen, erhöhte Mengen an infektiösem Ausgangsmaterial und Wirkungs-Verstärkern. Dadurch entstehen enorme Kosten und die gesellschaftliche Akzeptanz vieler Impfstoffe wird durch die Angst vor Nebenwirkungen vermindert. Außerdem konnten wegen der Grenzen des Formaldehyd-Verfahrens gegen eine Reihe von Infektionen bisher noch keine Impfstoffe entwickeltwerden.

Im Fraunhofer-Gemeinschaftsprojekt Elvira entwickelten die Institute FEP, IGB und IPA unter Leitung des IZI eine neue Methode zur Inaktivierung von Krankheitserregern für die Herstellung wirksamerer Impfstoffe ohne die Verwendung von Chemikalien. Dazu werden Viren in einer wässrigen Lösung (Virussuspension) mit niederenergetischen Elektronen bestrahlt, was zur Zerstörung ihrer RNA/DNA führt. Der Clou dabei: Die Erreger werden inaktiviert, aber die für die erfolgreiche Impfung kritischen Protein-Antigene bleiben erhalten.

Die IPA-Wissenschaftler Andreas Börner, Mario Bott, Christopher Laske und Martin Thoma entwickelten dazu das Gerät, das sich in marktübliche Elektronenstrahler integrieren lässt und einen kontinuierlichen Flüssigkeitsfilm mit einer Höhe von unter 150 μm in einer definierten Geschwindigkeit unter dem Strahlungsfenster hindurchführen kann. »Damit liefern wir die Hardware zu einem automatisierten Bestrahlungsverfahren, auf dem ein industriell implementierbarer Inaktivierungsprozess aufgebaut werden kann«, freut sich der Preisträger vom Fraunhofer IPA, Martin Thoma.

Fachlicher Ansprechpartner
Martin Thoma | Telefon +49 711 970-1336 | E-Mail senden