Schwingquarzsensorik in Flüssigkeiten (PDF)

In Forschung, Technik und Medizin ist die Erfassung von physikalischen, chemischen und biologischen Messwerten ohne Sensoren nicht mehr vorstellbar.
Die in der vorliegenden Arbeit verwendeten Schwingquarzsensoren zählen zu den elektromechanischen Sensoren und sind für die Charakterisierung von Adsorptionsvorgängen in Gas- und Flüssigphase geeignet.
Eine Herausforderung für die Schwingquarzsensorik stellt die Analyse von Vollblut als eine der komplexesten Flüssigkeiten dar.
Dabei ist die Vollblutanalytik mit Schwingquarzen für die medizinische Diagnostik und zahlreiche wissenschaftliche Fragestellungen von ausserordentlichem Interesse, da menschliches Vollblut als Transportmittel für lebenswichtige Stoffe und körpereigene Zellen aber auch für unerwünschte Eindringlinge wie Viren, Bakterien und Parasiten dient.
Als Testsystem für die Eignung von Schwingquarzen zur Vollblutanalytik wählte der Autor die Bestimmung der AB0-Blutgruppen.
Er beschreibt in seiner Dissertation zum einen die Konzeption, Entwicklung und den Aufbau eines vollautomatischen 2-Kanal-Blutanalysegerätes auf Schwingquarzbasis sowie dessen Charakterisierung.
Zum anderen leitet er den theoretischen Hintergrund zur Beschreibung von an einer Schwingquarzoberfläche adsorbierten viskoelastischen Schichten insbesondere roten Blutkörperchen in Flüssigkeiten ab.
Für die Durchführung von Blutgruppenbestimmungen mit dem 2-Kanal-Blutanalysegerät entwickelte der Autor biologische Schwingquarzbeschichtungen und verifizierte die gewonnenen Messdaten mit den aufgestellten theoretischen Modellen.

In research, technology and medicine, recording of physical, chemical and biological measurements is no longer imaginable without sensors.
Use of optical or electronic transducers is abundant. The quartz crystal microbalances (QCM) used in this work belong to the group of electromechanical transducers and are principally suitable for characterization of absorption processes to the front surface of the quartz in gaseous or fluid phase.
A challenge for the QCM technology is posed by the analysis of whole blood which is one of the most complex liquids.
Whole blood analysis using quartz resonators is of extreme interest in medical diagnostics and other numerous scientific questions since whole blood is the carrier of vital substances and somatic cells but also of unwanted invaders as viruses, bacteria and parasites.
The author utilized the AB0 typing as a test system for the suitability of quartz resonators for whole blood analysis. In his thesis he describes the design, development and construction of a fully automated 2-channel blood analysis device based on the QCM technology as well as its characterization.
Further he derives the theoretical background for the description of adsorbed viscoelastic loads on a quartz in particular of adsorbed red blood cells in liquids.
The author developed biological resonator coatings for the realization of blood group analysis with the 2-channel blood analysis device and verified the gained data with the derived theoretical models.


Rezension

»Der Nachweis von menschlichen Zellen in Vollblut mittels Schwingquarzsensoren
stellt ein höchst komplexes und zukunftsträchtiges Forschungsgebiet
dar. Diese Arbeit eröffnet auf elegante Weise den experimentellen Zugang
und legt wichtige Grundsteine zum theoretischen Hintergrund.«
Prof. Dr. Ch. Ziegler, Leiterin der Arbeitsgruppe Grenzflächen, Nanomaterialien
und Biophysik der Technischen Universität Kaiserslautern


»Der Einzug der Sensorik in die Diagnostik gelöster Stoffe, Partikel oder
Zellen in biologischen Flüssigkeiten einschliesslich humanem Vollblut steht
erst ganz am Anfang, birgt aber erstaunliche Möglichkeiten im Bereich der
Automatisierung, Miniaturisierung und Integration. Diese Arbeit legt Grundlagen
in Praxis und Theorie. Eine Dissertation mit nachhaltiger Wirkung!«
Prof. Dr. Hinnak Northoff, Ärztlicher Direktor des Instituts für Klinische
und Experimentelle Transfusionsmedizin der Universität Tübingen


»Frank K. Gehring ist es in seiner Dissertation „Schwingquarzsensorik in
Flüssigkeiten –Entwicklung eines Blutanalysegerätes–“ eindrucksvoll gelungen,
ein neues physikalisches Gerät zur raschen Blutanalyse zu entwickeln.
Sein interdisziplinärer Ansatz, der Physik mit Medizin und Biologie verbindet,
ist der Schlüssel zu seiner vielversprechenden Methode. Die Dissertation
gibt einen ausgezeichneten Einblick in die medizinische Anwendung der
Schwingquarzsensorik und steht am Anfang von weiteren interessanten
Anwendungsmöglichkeiten.«
Prof. em. Dr. Rudolf P. Huebener, Max-Planck-Forschungspreisträger
1992