Cosima-Studentenwettbewerb Gemeinsam auf dem ersten Platz

Neue Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen für Mikrosysteme zwischen Mensch, Tier und Technik.
Neue Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen für Mikrosysteme zwischen Mensch, Tier und Technik.

Der Wettbewerb Cosima soll Studenten ermuntern, neue Einsatzmöglichkeiten für Mikrosysteme zu entwickeln. Gesucht werden insbesondere Anwendungen, die die Interaktion zwischen Mensch und Technik im täglichen Leben erleichtern. 2018 schafften es gleich zwei Teams auf den ersten Platz.

Der Studentenwettbewerb Cosima (Competition of Students in Microsystems Applications) wurde 2009 ins Leben gerufen und richtet sich an Studenten im deutschsprachigen Raum, die Ideen für neue Einsatzmöglichkeiten von Mikrosystemen entwickeln. Veranstaltet wird der Wettbewerb vom Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik (VDE) mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF).

Am 16. November 2018 präsentierten drei studentische Teams ihre Projekte im Rahmen der Fachmesse Electronica in München. In der Elektronik möchten wir Ihnen die Projektgruppen des Wettbewerbs vorstellen. In dieser Ausgabe beginnen wir mit den Teams Heatshockers und DrinkMate, die beide mit dem ersten Platz ausgezeichnet wurden.

Eines der Gewinnerprojekte könnte ein echter Lebensretter sein: Eine Krebsdiagnose muss dank der heutigen Technik nicht mehr mit einem raschen Tod gleichgesetzt werden. Eine frühzeitige Erkennung sorgt für gute Prognosen. Trotzdem lassen sich zwölf Prozent aller globalen Todesfälle pro Jahr auf Krebs zurückführen. Diesem Problem widmeten sich die acht Studenten Daniel Milz, Paul Morandell, Johann Brenner, Magdalena Frey, Maximilian Haase, Jan Hendrik Heihoff, Michael Heiß und Martin Aicher der Technischen Universität München. Sie entwickelten ein elektronisches Point-of-Care-Gerät zur Detektion von Krebs

Mit Heatshockers dem Krebs auf der Spur

Anhand einer winzigen Menge Blut ist direkt beim Arzt eine Aussage über das Vorhandensein von Krebszellen möglich – und das innerhalb von 15 Minuten. Durch die Nutzung moderner Silizium Photomultiplier (SiPM) wird somit eine Zeitersparnis von mehreren Stunden zu vergleichbaren Tests erzielt.

Das Verfahren beruht auf der Detektion von speziellen Proteinen, die jede Zelle in Extremsituationen generiert – den Hitzeschockproteinen (Hsp70). Bei Krebspatienten ist die Konzentration des Proteins deutlich erhöht.

Mittels Antikörpern wird das Protein detektiert und die induzierte Chemilumineszenz mit Hilfe von SiPMs quantifiziert. Die Intensität der Lumineszenz korreliert direkt mit der Konzentration des Hsp70 im Blut. Somit können ein Rückschluss auf die Effizienz der Therapie bzw. eine Hilfestellung zu einer Diagnose, und mögliche Remissionen gezogen werden.

Das Point-of-Care-Testing (patientennahe Labordiagnostik) setzt sich aus einem Mikrofluidik-Chip, in dem Antikörper befestigt sind, und der Detektionselektronik, mit den Photomultipliern, zusammen. Das generierte Signal wird an einem Einplatinencomputer zur Auswertung übertragen, der an ein Endgerät zur Steuerung des Systems und Anzeige der Ergebnisse angeschlossen ist. Gegenüber den konventionellen Analysemethoden sind besonders die schnellere Verfügbarkeit von Ergebnissen, die Portabilität und die geringeren Kosten des Gerätes große Vorteile. Eine günstige und schnelle Blutanalyse ist das Ziel des Teams, um dadurch auch zu einer Kostensenkung beizutragen.

Um die Gesundheit dreht es sich auch bei Drinkmate, dem zweiten Gewinner-Team des Wettbewerbs. Eine ausreichende Flüssigkeitsaufnahme ist essenziell für eine gesunde Lebensweise. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt täglich 1,5 Liter zu trinken – zusätzlich zu der Aufnahme durch Nahrung [1]. Im stressigen Alltag wird das allerdings oft vergessen, was zum Beispiel zu einer Einschränkung des Sehvermögens oder der Aufmerksamkeit führen kann [2, 3, 4]. Dabei reicht oft schon eine kurze Erinnerung, um den eigenen Wasserhaushalt nicht aus den Augen zu verlieren.

Drinkmate, der smarte Getränkeuntersetzer

An dieser Stelle setzen Jasmin-Clara Bürger, Anna Kutsch, Tim Cammerer und Kathrin König der Technischen Fakultät der Uni Freiburg an. Team Drinkmate hat einen Getränkeuntersetzer als Lifestyleprodukt entwickelt. Wird aus dem auf dem Untersetzter abgestelltem Glas getrunken, so wird das per Funk an einen Computer gesendet, ausgewertet und grafisch ausgegeben. Somit wird das Tracken der eigenen Flüssigkeitsaufnahme und die Feststellung bei Unterschreiten der selbstgewählten Trinkrate ermöglicht. Im Gegensatz zu ähnlichen Produkten ist allerdings kein weiteres Fitnessarmband mehr notwendig. Zudem können verschiedene Gläser, Flaschen und Tassen verwendet werden.

Auch für die Gastronomie wurde eine Variante des DrinkMates entwickelt: Geht das Getränk des Gastes zur Neige, kann der smarte Untersetzer entweder automatisch das bisherige Getränk nachbestellen oder eine Servicekraft benachrichtigen. Die Informationen können direkt vom Gastronomen in seinem Kassensystem eingesehen werden.

Im Gegensatz zur Lifestylevariante ist der Gastro-Untersetzer vollkommen energieautark. Aus der Temperaturdifferenz zwischen Heiß- und Kaltgetränk und Mobiliar wird Energie geharvestet. Ein Aufladen ist somit nicht mehr notwendig.
Da beide Varianten des DrinkMates energieeffizient konstruiert und programmiert wurden, kann für beide eine lange Betriebslaufzeit mit einer Akkuladung für die Lifestylevariante bzw. schon bei geringer Temperaturdifferenz für die Gastronomievariante erzielt werden.

 

Literatur

[1] Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V.. Referenzwerte – Wasser. https://www.dge.de/wissenschaft/referenzwerte/wasser
[2] A. Adan: Cognitive performance and dehydration. Journal of the American College of Nutrition. pp. 71-78. 2012. 31. Jg., Nr. 2.
[3] A. C. Grandjean et al.: Dehydration and cognitive performance. Journal of
the American College of Nutrition. pp. 549S-554S, 2007, 26. Jg., Nr. sup5.
[4] Matthew S. Ganio et al.: Mild dehydration impairs cognitive performance and mood of men. British Journal of Nutrition, pp. 1535-1543, 2011, 106. Jg., Nr. 10.