Ziel der Entwicklung
Controlled Rate Freezing (CRF) ist ein Verfahren zur Kryokonservierung biologischer, medizinischer und pharmazeutischer Proben, von Mikroorganismen, Zellen und Geweben. In der Materialentwicklung wird es genutzt, um poröse Strukturen für die Katalyse, Biokatalyse, Filtration oder die Zell- und Gewebekultur zu erzeugen. CRF ist derzeit ein aufwändiges und teures Verfahren, das nur in kryobiologischen Speziallaboren verfügbar ist. Die Entwicklung soll den kostengünstigen und platzsparenden Einsatz der Technologie in jedem Labor ermöglichen. Einzige Voraussetzung ist das Vorhandensein einer handelsüblichen ULT-Laborgefriertruhe.
Vorteile und Lösungen
Das CRF-Einfriergerät wurde so konzipiert, dass es ohne eigene Kälteerzeugung auskommt. Dies ermöglicht sehr geringe Anschaffungskosten und eine extrem kompakte Bauweise. Das Gerät kann nach der Benutzung einfach verstaut werden und benötigt keine Laborstellfläche. Außerdem ist es unabhängig von einer leistungsstarken Stromversorgung und einer Versorgung mit flüssigem Stickstoff als Kältemittel. Es wird bedarfsweise in einer handelsüblichen ULT-Gefriertruhe betrieben, die zur Standardausrüstung der meisten Labore gehört. Die bereitgestellte Kaltluft der Gefriertruhe wird zur Temperierung eines kompatiblen Probenträgers genutzt, der alle handelsüblichen Multiwell- und Mikrotiterplatten aufnehmen kann. Die Entwicklung alternativer Probenträger ermöglicht eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten, beispielweise eine Kryokonservierung von Ampullen oder Kryoröhrchen. Die Probenkühlung erfolgt konduktiv über einen Wärmetauscher, der mit dem Probenträger verbunden ist. Der innovative Wärmetauscher mit integrierter Kompensationsheizung ermöglicht eine identische Temperaturführung von bis zu 1152 Proben auch bei hohen Kühl- und Heizraten. Über ein programmierbares Steuergerät mit graphischem Touch-Display können beliebige Einfrier- und Aufwärmprogramme eingegeben und ausgeführt werden. Die aufwändige, softwaregestützte Optimierung des thermischen Designs ermöglicht trotz der hohen Leistungsfähigkeit eine geringe technische Komplexität. Dadurch ist das Gerät nahezu verschleiß- und wartungsfrei.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der primäre Zielmarkt sind wissenschaftliche Forschungseinrichtungen, forschende Pharmaunternehmen, klinische Laboratorien, Diagnostiklaboratorien, Diagnostikdienstleister, Auftragsforschungs-Institute und Biobanken. Das Einsatzfeld ist die kontrollierte Einfrierung biologischer Proben und pharmazeutischer Produkte sowie die vitalitätserhaltende Kryokonservierung von Mikroorganismen, Zellen, Geweben sowie von Zell- und Gewebezubereitungen in Multiwell- und Mikrotiterplatten. Dazu zählen im Bereich der pharmazeutischen und klinischen Forschung beispielsweise auch Gewebemodelle für Drug Screenings und metabolische Untersuchungen oder Tumorassays für die personalisierte Medizin. Durch den Einsatz kryoprotektiver Substanzen und eine exakt darauf abgestimmte Temperaturführung im Gefrierprozess können auch empfindliche Zelltypen, Zellverbände, Gewebe und sogar Organteile vitalitätserhaltend eingefroren und gelagert werden. Ein sekundärer Zielmarkt sind Polymerforschungsinstitute, forschende Unternehmen auf dem Gebiet der Polymer- und Biopolymerveredlung sowie Biomaterial- und Medizinproduktehersteller. Hier ermöglicht das entwickelte Einfriergerät die Entwicklung moderner Hochleistungspolymere mit einer dreidimensionalen, porösen Materialstruktur durch das definierte Einfrieren von Polymerlösungen und eine anschließende Gefriertrocknung und / oder Vernetzung. Typische Einsatzzwecke sind biologische Filtersubstrate, Biokatalysatoren, Wundauflagen, Zellkulturscaffolds, implantierbare Wirkstoffträger oder regenerative Implantatmaterialien. Durch die Steuerung des Gefrierprozesses (Ice Templating) kann die Struktur der erzeugten Materialien an ihren jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.
