(openPR) An Forschungseinrichtungen im Bereich der Biotechnologie richtet sich ein neues Produkt der Leipziger pluriSelect GmbH. Das junge Unternehmen mit Sitz in Leipzig arbeitet an einem Verfahren zur Separierung von Zielen aus komplexen biologischen Medien. Einen Teil der dazugehörigen Isolationstechnologie, eine Laborsiebkaskade, entwickelte der Fürther Spritzguss-Spezialist protoform K. Hofmann GmbH mit.
Mit dem neuartigen Separationssystem pluriBead® gibt pluriSelect Wissenschaftlern in der klinischen und pharmazeutischen Forschung effektive Hilfsmittel für die praktische Arbeit in die Hand. Die Systeme sind vielseitig einsetzbar und bilden die Grundlage für Tumor-, Rheuma- oder Allergieforschung im Labor.
Das von pluriSelect entwickelte Separationssystem für komplexe biologische Flüssigkeiten wie beispielsweise Vollblut basiert auf Fängerpartikeln. Das Funktionsprinzip beruht auf einer Kombination aus biochemischer Modifikation zur Erkennung unterschiedlicher Oberflächenstrukturen biologisch relevanter Ziele und dem klassischen Prinzip der physikalischen Abtrennung durch Siebe. In einem Schritt können so auch simultan unterschiedliche Zielmoleküle, also vitale Zellen, Proteine, Bakterien oder Viren, isoliert werden. Die neue Produktserie pluriBead® ermöglicht die Trennung von Zielen aus einer Reihe von unterschiedlichen heterogenen Flüssigkeiten schneller und schonender als bisherige Verfahren.
Die Technologie, welche die Abtrennung der markierten Ziele ermöglicht, kommt aus dem Hause pluriSelect. Der Fürther Spritzguss-Spezialist entwickelte die Spritzteile mit und produzierte eine Kleinserie im patentierten Space Puzzle Molding-Verfahren (SPM). Space Puzzle Molding ist weltweit das schnellste Rapid-Tooling-Verfahren, um komplexe Bauteile im Spritzguss zu fertigen. Auf Schieberbetätigung, Auswerfereinrichtung, Kühlung und andere verteuernde Werkzeugmechanismen kann das bei protoform entwickelte SPM-Verfahren verzichten. Im Vergleich zum konventionellen Spritzguss ist der Formpreis wesentlich günstiger, die Lieferung der benötigten Bauteile erfolgt doppelt so schnell.
Für pluriSelect spielten sowohl der Teilepreis als auch die Lieferzeit eine wichtige Rolle. „Wir sind immer unter Zeitdruck, da ist protoform ein guter Partner“, sagt Christoph Mohr, technischer Entwicklungsleiter bei pluriSelect. Auf der Suche nach einem Entwicklungspartner stießen die Leipziger schnell auf protoform. Der Kunststoff-Spezialist hat sich einen Namen gemacht im Bereich der Prototypen- und Kleinserienfertigung sowie der grundlegenden Produktoptimierung durch Materialauswahl und Produktgestaltung. Das Unternehmen mit mehr als 100 Mitarbeitern ist seit vielen Jahren auf das Space Puzzle Molding-Verfahren ausgerichtet.
Die protoform-Entwickler stellten im eigenen Haus umfangreiche Versuchsreihen an, um Antworten auf einige grundsätzliche Fragen zu finden. Es ging dabei um die optimale Teilegeometrie, formenbauspezifische und fertigungstechnische Fragen sowie um das Material, aus dem die Siebkaskade gefertigt werden sollte.
Die Konstrukteure kämpften besonders mit der markanten Eigenschaft des Blutes, durch mikroskopisch kleine Öffnungen zu gehen. „Die Dichtigkeit der Kaskade ist sehr wichtig“, betont Christoph Mohr. Das Kit besteht aus einem Mischzylinder samt Kappe, einem Sieb und einem Konnektor, an dem für spezielle Fragestellungen separationsunterstützend ein Vakuum angelegt werden kann. Die einzelnen Bauteile werden im Rahmen des Isolierungsvorgangs ineinander gesteckt. „Das muss ganz genau passen. Es darf kein Blut in die Zwischenräume gelangen“, erklärt Mohr.
Dies gilt nicht nur für die Schnittstellen zwischen den einzelnen Bauteilen, sondern auch innerhalb der Bauteile. Der Deckel des Mischzylinders beschäftigte die Ingenieure besonders eingehend. „Wir mussten verhindern, dass sich eine Kapillarwirkung einstellt“, beschreibt Wolfgang Tykvart, Marketing-Leiter bei protoform, die Aufgabenstellung. Sechs konstruktive Änderungen waren alleine am Deckel notwendig, um zu verhindern, dass sich während des Mischvorgangs auf dem Rollmischer Kapillarströme in den Deckel ziehen. Die Änderungen reichten von der formenbautechnischen Optimierung über das Integrieren einer Fingerlasche bis hin zur Entwicklung einer komplett neuen Deckelgeometrie. So wurde beispielsweise die optimale Oberflächengüte der Formeinsätze in den Funktionsbereichen ermittelt und im Werkzeug realisiert.
Gemeinsam zogen die Entwicklungspartner aus dem Projekt die Erkenntnis, dass Formtrennungen sowohl im Bereich des Verschlusses als auch in anderen Passbereichen unbedingt vermieden werden müssen. Eine Maßgabe der pluriSelect GmbH hinsichtlich der Verbindung der einzelnen Bauteile war der Verzicht auf jegliche Gewinde.
Auch bei dem Sieb, dem grundlegenden Bestandteil der neuen Separationstechnologie, war die Dichtigkeit das Problem. „Die wichtigste Aufgabe für unsere Ingenieure war, das Sieb so zu konstruieren, dass es dicht ist“, verdeutlicht Tykvart. Um dieses Ziel zu erreichen, ließen die Ingenieure im Außenbereich des Sieb-Inlays eine Fläche, die ursprünglich mit Rippen bestückt war, komplett mit Kunststoff füllen. So wurde ein besseres Schwundverhalten erreicht. Letztlich führte dieser Kunstgriff dazu, dass keine Flüssigkeit austritt, wenn die Einzelteile der Siebkaskade aufeinander gesteckt werden. Eine Bedingung des Auftraggebers erfüllten die Mitarbeiter der Spritzgießabteilung direkt bei der Fertigung des Bauteils. „Unsere Maßgabe war, dass das Siebgewebe nicht eingeklebt, sondern eingespritzt wurde. Beim Kleben entstehen immer Spalten, das wollten wir vermeiden“, sagt dazu Mohr. Aus diesem Grund und auch im Hinblick auf die spätere Serien-Feasibility – die zur Wahl stehenden Kunststoffe Polyethylen und Polypropylen lassen sich nicht problemlos verkleben - entwickelte protoform ein einteiliges Spritzteil. Sowohl Bauteil- als auch SPM-Formkonstruktion sehen vor, dass die Montage des Siebes vorzentriert und positionsgenau erfolgt. So kann das Siebgewebe prozesssicher umspritzt werden.
Hinsichtlich des zu verwendenden Kunststoffes hatten die Verantwortlichen bei pluriSelect präzise Erwartungen. „Werkstoffe, die im Labor zum Einsatz kommen, müssen auf jeden Fall chemisch inert sein“, sagt Christoph Mohr. Als Beispiele nennt er Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP). protoform testete verschiedene Materialien in Bezug auf die Dichtigkeit der gespritzten Teile. Hierzu wurden die fraglichen Bauteile in den PE-Typen PE-LD und PE-HD hergestellt und getestet. „Kontur, Form und Geometrie des Werkstücks haben dabei eine große Rolle gespielt und mit dem Material zusammengespielt“, berichtet Wolfgang Tykvart. „Wir haben gelernt, dass sich unterschiedliche Kunststoff-Typen bei einer bestimmten Geometrie ganz verschieden verhalten“, bestätigt auch Mohr. Wenn es um die Auswahl eines Materials geht, sieht Mohr deshalb den Kleinserienhersteller protoform klar im Vorteil. Denn protoform war in der Lage, 10 Teile pro Musterung in Serienmaterial und im Serienverfahren herzustellen. Die Entscheidung fiel schließlich zugunsten eines stark verzweigten PE-LD, dessen Schrumpfungsverhalten in Zusammenspiel mit der Werkzeugauslegung und der Teilegeometrie das beste Ergebnis hinsichtlich der Dichtigkeit ergab.
Inzwischen hat protoform von jedem der vier Teile jeweils zwischen 5000 und 6000 Stück gefertigt. Hierfür nutzte das Unternehmen Stahlwerkzeuge, die für die Produktion größerer Stückzahlen geeignet sind. Die Stahlwerkzeuge wurden in modernster Rapid Tooling Technologie im hauseigenen Formenbau hergestellt. Zum Spritzgießen setzen protoform-Mitarbeiter die von Hand zu zerlegenden Formeinsätze in den patentierten Formrahmen ein. Das SPM-Baukastensystem erlaubt einfache Werkzeugwechsel zwischen Spritzmaschinen unterschiedlicher Größe. Zudem sind Formänderungen schnell und kostengünstig möglich.
„Uns war ein flexibles Fertigungs-Verfahren wichtig, da sich das Produkt in der Lead User-Phase befindet. Das heißt, wir bekommen anwendungsbezogene Rückmeldungen von den Kunden, die direkt zu Änderungen des Produkts führen können“, erklärt Christoph Mohr. Vor diesem Hintergrund erwies sich Space Puzzle Molding als besonders geeignet. Das Verfahren des Erfinders und Firmengründers Konrad Hofmann wird ständigen Produktmodifikationen, schnellen Produktionszyklen und immer kleineren Losgrößen gerecht.
Dr. Christian Schmitz, bei der pluriSelect GmbH zuständig für Business Development und Marketing, spricht von dem planerischen Ziel, die nun im Handmaßstab entwickelte Isolationstechnik in ein geschlossenes, kontinuierliches System zu überführen. „Die Technologie-Plattform könnte beispielsweise für Blutwäsche verwendet werden“, sagt er. Schmitz sieht therapeutische Anwendungsgebiete, aber auch die Chance zur Frühdiagnose beispielsweise von Krebserkrankungen. „Wenn sich auf sechs Litern Blut 500 Krebszellen befinden, wären sie mit der neuen Technologie nachweisbar. So könnte beispielsweise ein streuender Tumor in einem sehr frühen Stadium nachgewiesen werden“, sagt Schmitz. Die Technologie biete auch die Option, Zellen aus dem Blut auszuwaschen. Dies könne die Therapie unterstützen.
Derzeit arbeitet protoform gemeinsam mit pluriSelect bereits an einem neuen Projekt. Es handelt sich um die Entwicklung eines variablen Mischgerätes im Labormaßstab. Erste funktionsfähige Teile wurden bereits an pluriSelect geliefert. „Unsere Wünsche und Vorstellungen sind nicht immer ganz einfach umzusetzen, aber genau für solche Aufgaben ist protoform ein sehr geeigneter Partner“, sagt Christoph Mohr.
