Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erforschung und Entwicklung eines energieeffizienten Breitband-Impedanz-Chips zur Echtzeit-Zellkulturüberwachung

Es gibt zahlreiche wissenschaftliche Publikationen zur Anwendung der Impedanzspektroskopie, wie z.B. die Überwachung industrieller Brauprozesse, der Messung der Feuchtigkeitsaufnahme von Bausubstanzen, der Qualitätskontrolle von Stammzellkulturen für die regenerative Medizin, der Bestimmung der Lebensdauer und des Ladezustands von Batterien, der Detektion der Bildung von mikrobiellen Biofilmen und viele mehr. Jedoch sind kommerziell erhältliche Impedanzanalysatoren, die beispielsweise für die Echtzeit- Zellkulturüberwachung benötigt werden, sehr groß und teuer und daher nicht für die Integration in miniaturisierte oder portable Systeme geeignet. Die wenigen kommerziell verfügbaren miniaturisierten Impedanzanalysoren erfüllen nicht die benötigten Anforderungen für die hier anvisierten Anwendungen, wie eine hohe Bandbreite bei hoher Messgeschwindigkeit.

Im Projekt soll erforscht werden, ob sich das Relaxationsmessprinzip als integrierte

Schaltung auf der Basis von CMOS-Herstellungstechniken für die Entwicklung

miniaturisierter Impedanzanalysatoren realisieren lässt. Das Ziel ist ein Demonstrator für die integrierte Schaltung zur Impedanzmessung in Form eines Mikrochips, der die folgenden Charakteristika aufweisen soll:

- Breites Frequenzspektrum

- Hohe Messgeschwindigkeit

- Hohes Signal-Rausch-Verhältnis

- Preisgünstig

- Niedriger Energieverbrauch

Die Funktionalität des Demonstrators wird anhand zweier Anwendungsbeispiele getestet, die von den KMUs im Projektausschuss als wichtig erachtet wurden. Durch die Aufteilung der Entwicklungskosten auf mehrere KMUs, kann der Aufwand jedes einzelnen herabgesetzt werden. Der Demonstrator dient als einheitliches Muster, das den KMUs die Umsetzung innovativer impedanzbasierter Produkte für ihr jeweiliges Anwendungsgebiet ermöglichen soll, um damit ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.