Institut für Digitale Materialforschung

Die Entwicklung und Optimierung von Lateral-Flow-Tests erfordert die Steigerung der Sensitivität, die Verringerung der Reagenzmenge und des Bedarfs an Probenmenge. Zur Erreichung dieser Ziele liegt die Herausforderung an die Forschung und Entwicklung in der Bereitstellung von Methoden zur Herstellung neuer Membranstrukturen. Diese Methoden erfordern die Betrachtung multipler Einflussparameter wie Eigenschaften der Fluide, der Grenzflächen und der Struktur. Simulationsmodelle der Testabläufe unterstützen die Optimierung bestehender Membranen hinsichtlich der geforderten Eigenschaften der Sensitivitätssteigerung und Reduktion an Proben- und Reagenzmenge. Die Berechnungen führen zu einem besseren Verständnis der physikalischen Prozesse und geben dem Hersteller Sartorius wesentliche Hinweise für einen verbesserten Membranaufbau. Im Rahmen des Projekts werden neue Simulationsmethoden zur Beschreibung der Ausbreitung einer Flüssigkeit in porösen Membranstrukturen, zur Erfassung der Proteinadsorption und zur Optimierung der Strömungskanäle in mikrostrukturierten Membranen entwickelt. Die Simulationen erlauben eine detaillierte Analyse des Eindringens und der Propagationsdynamik der Flüssigkeit in Abhängigkeit der Membran-, der Grenzflächen- und Flüssigkeitseigenschaften. Als Ergebnis der Simulationen können Systemgrößen wie die Porosität der Membran, die Stegstruktur, der Aufbau der Kanalgeflechte, die Kontaktwinkel, die Oberflächenspannung und die Proteinkonzentrationen vorausbestimmt werden, die eine Verbesserung der Membran bewirken. Weiterhin lässt sich aus den Berechnungen das Proteinadsorptionsvermögen vorhersagen. Aufbauend auf den erstellten Rechenmodellen der Mikrostrukturskala und einer Validierung durch Daten aus gemessenen Prozessläufen bei Sartorius Stedim Biotech GmbH soll gemeinsam mit dem Partner TinniT Technologies GmbH ein Herleiten effektiver Systemgrößen für die Nutzung auf der Makroskala erfolgen. Durch die angestrebte Multiskalenmodellierung sollen für die neu ausgelegten Membranen vollständige Lateral-Flow-Tests gerechnet und durch den Vergleich mit Experimenten bewertet werden.