Suchen

Siemens Bediensysteme zur Herstellung von Organen im Bioreaktor

| Autor / Redakteur: Marcel Roske, Dominik Schwab / Peter Reinhardt

Im Bioreaktor haben Würzburger Forscher jüngst ein Stück einer menschlichen Luftröhre hergestellt und dieses erfolgreich einem schwer erkrankten Patienten implantiert. Um Inkubator, Zellsystem und Bioreaktor für die Reifung der Zellen und die Gewebeentwicklung richtig zu kombinieren, bedarf es intelligenter Lösungen zur Automatisierung und Visualisierung.

Firmen zum Thema

Simatic Comfort Panels sorgen dafür,...
Simatic Comfort Panels sorgen dafür,...
(Bild: Siemens)

Am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin der Universität Würzburg arbeiten Forscher daran, wie sich neues Gewebe und sogar komplette Organe aus menschlichen Zellen generieren lassen. Einer davon ist Dr.-Ing. Jan Hansmann, der die Nachwuchsgruppe Electronic-Tissue Interfaces leitet. „Für die Reifung und Differenzierung der Zellen ist es wichtig, dass Bioreaktor und Organ, Implantat oder Gewebe perfekt zusammenpassen“, erklärt Hansmann.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 7 Bildern

Deshalb werden Bioreaktor und Zellmodell gemeinsam entwickelt – erst mit In-silico-Modellen, also am Rechner, später als echte Bioreaktoren mit der entsprechenden Regelungstechnik. Hansmann: „So können wir die Pumpen, Motoren und Sensoren im Inkubator entsprechend ansteuern, um solche biologischen Vorgänge optimal anzuregen.“ Für die Automatisierung der Inkubatoren und der Bioreaktoren setzt Hansmann auf eigenes Know-how und auf bereits bewährte Technologie von Siemens.

Die Projektierung der Panels und Steuerungen

Jeder Inkubator ist mit einem Simatic HMI Comfort Panel ausgestattet, über das komfortabel Messwerte aufgerufen, analysiert und alle Systeme im Inkubator bedient werden können. Die Steuerung übernimmt eine dezentrale Peripherie Simatic ET200 mit eigener CPU. Diese Lösung hat Hansmann bereits während seiner Zeit am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart mit seinem dortigen Team entwickelt und mit dem Umzug einfach nach Würzburg migriert.

Die Lösung aus Inkubator und Automatisierungstechnik wird von den Mitarbeitern selbst konzipiert und aufgebaut. Mittlerweile stehen 15 dieser Systeme im Labor, weitere sind in Planung. Für die Projektierung der Panels und Steuerung nutzen die Mitarbeiter in Würzburg die Engineering-Umgebung TIA Portal. „Das System ist wirklich leicht zu verstehen und zu bedienen. Wir müssen viele einzelne Einheiten in eine durchgehende Architektur integrieren. Mit Hilfe des Bibliothekskonzepts des flexiblen TIA-Portals können wir unsere Ausrüstung einfach Schritt für Schritt erweitern und haben gleichzeitig ein einheitliches System, das das gleiche Look-and-Feel für die Mitarbeiter im Labor hat“, erklärt Hansmann. Das erleichtere den Umgang mit der Technik enorm und spare 50 Prozent Aufwand gegenüber dem zuvor eingesetzten Engineering-System eines anderen Herstellers.

Modul-Ansatz erleichtert die Wiederverwendbarkeit

Weiterer Pluspunkt ist der modulare Ansatz: „Verschiedene Inkubatoren nutzen unterschiedliche Module, und die können wir in der Projektierung so ‚anflanschen‘, wie wir sie brauchen. Die Wiederverwendbarkeit bestehender Bausteine und Bedienbilder realisieren wir spielend einfach mit dem Bibliothekskonzept im TIA Portal.“

Die Bedienbilder für die Visualisierung und die Bausteine für die Steuerung des Inkubators lassen sich in globalen Bibliotheken speichern und stehen so auch für andere Projekte zur Verfügung. Die Projektierung lässt sich bei weiteren Entwicklungsstufen einfach erweitern und anpassen. „So konnten wir die Inkubatoren auch sehr einfach an die IT-Landschaft anbinden, sodass wir die Daten der Versuche auch auf einem zentralen Server ablegen und später am jeweiligen PC einfach auswerten und analysieren können. Die Forschungsdaten werden zuverlässig gesichert. Durch eine Systemkarte der Comfort-Panels ist es möglich, eine automatische und dauerhafte Sicherung auf Knopfdruck zu erstellen“, so der Teamleiter.

Gute Unterstützung durch den Automatisierer

Von Anfang an konnten die Forscher dabei auch auf eine sehr gute Unterstützung durch Automatisierungslieferanten zählen. „Wir haben mit Siemens bereits unsere ersten Studien gemeinsam entwickelt, noch in Stuttgart“, bestätigt Hansmann. Aktuell werden die Mitarbeiter in seinem Team durch gezielte Schulungen durch das Unternehmen weiter gefördert, damit sie die anstehenden Automatisierungsaufgaben noch effizienter lösen können und mehr Zeit für die wesentlichen Themen des Forschungsauftrages haben.

(ID:43180669)