Bei dem vorliegenden Werk handelt es sich um eine fachübergreifende Doppel-Diplomarbeit der Fachbereiche Maschinenbau (Rehabilitationstechnik/Medizintechnik) und Biotechnologie.
Inhaltlich wird die Konzeption eines Pipettierautomaten von der Abstraktion der Aufgabenstellung bis hin zur Fertigstellung des entsprechenden Automaten sauber, präzise und reproduzierbar dargestellt.
Jedes Jahr registriert die Deutsche Gesellschaft für Autoimmun-Erkrankungen e.V. (DGfAE) einen stetigen Anstieg von etwa zwei Prozent an Autoimmun-Neuerkrankungen allein in der Bundesrepublik Deutschland. Aus diesem Grund gewinnt die Forschung im Bereich der Autoimmun-Diagnostik gerade heute in diesem Zusammenhang immer mehr an gesellschaftlicher Bedeutung. Der Fachbereich Biotechnologie an der Fachhochschule Lausitz in Senftenberg leistet hierbei im Rahmen eines regionalen Förderprojektes einen maßgeblichen Beitrag als Grundlage zur Autoimmun-Diagnostik.
Hierbei werden Zellen des menschlichen Körpers in ihrer Struktur näher untersucht. Um diese Untersuchungen jedoch durchführen zu können, muss die jeweilige Zellsuspension im Vorfeld auf ein so genanntes Trägermaterial appliziert werden, um anschließend für die Forschungsarbeit kultiviert zu werden. Die Applikation der Zellen wird derzeitig von Hand mittels einer Pipette realisiert.
Um diesen Arbeitsprozess zu automatisieren, bildeten die beiden Fachbereiche Biotechnologie und Maschinenbau der Fachhochschule Lausitz ein fachübergreifendes Gesamtprojekt – die Entwicklung und Fertigung eines Pipettierautomaten, den "Piomat 04". Gegenstand der vorliegenden Diplomarbeit soll die Dokumentation der Entwicklung und Konstruktion dieses Automaten darstellen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Hintergrund der Diplomarbeit
- 1.2 Durchführung
- 1.3 Aufgabenstellung
- 1.4 Ziele und Nutzen eines Pipettierautomaten
- 2 Erste wichtige Vorüberlegungen
- 2.1 Abstraktion der Aufgabenstellung
- 2.1.1 Black Box
- 2.1.2 Ableitung der Aufgabenstellung in eine Funktionsstruktur
- 2.2 Stand der Technik / Marktanalyse
- 3 Qualitätsanforderungen an einen Pipettierautomaten
- 3.1 Allgemeine Anforderungen
- 3.2 Anforderungen an die einzelnen Baugruppen
- 3.2.1 Mobile Trägerbox
- 3.2.2 Linearantrieb
- 3.2.3 Antriebstechnik / Wegmesssystem
- 3.2.4 Pipettenarm
- 3.2.5 Pipettenaufnehmer
- 3.2.6 Herunterfallschutz
- 3.2.7 Pipettenauslöser
- 3.2.8 Gestell
- 3.2.9 Steuerung
- 4 Betrachtung der allgemeinen Herangehensweise
- 4.1 Herangehen an die Problemstellung
- 4.2 Grundlage des manuellen Pipettierens
- 4.3 Nutzung der Grundlagen des manuellen Pipettierens
- 4.4 Ideenfindung
- 5 Varianten
- 5.1 Morphologischer Kasten
- 5.2 Variantenbildung und Bewertung der einzelnen Baugruppen
- 5.2.1 Pipette
- 5.2.2 Mobile Trägerbox (MTB)
- 5.2.3 Linearantrieb
- 5.2.4 Antriebstechnik und Wegmesssystem
- 5.2.5 Pipettenarm
- 5.2.6 Pipettenauslöser
- 5.2.7 Gestell
- 6 Realisierung der optimalen Variante
- 6.1 Konstruktiver Prozess
- 6.2 Konstruktionszeichnung und Stückliste
- 6.3 Fertigungsunterlagen und Fertigungsbedingungen
- 6.4 Elektronik und speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
- 6.5 Kostenrechnung / -analyse
- 7 Fertigung und Inbetriebnahme
- 7.1 Fertigung der Einzelbaugruppen
- 7.1.1 Mobile Trägerbox
- 7.1.2 Gestell
- 7.1.3 Pipettenarm
- 7.1.4 Pipettenaufnehmer und –auslöser
- 7.2 Inbetriebnahme
- 8 Geräte– und Bedieninformationen
- 8.1 Betriebsanweisung
- 8.2 Kurzbedienungsanleitung „Piomat 04“
- 8.3 Wartungsplan
- 9 Angefertigter Versuch
- 9.1 Ziel des Versuches
- 9.2 Grundlagen
- 9.3 Versuch
- 9.3.1 Verwendete Geräte und Versuchsaufbau
- 9.3.2 Versuchsdurchführung
- 9.3.3 Versuchsergebnisse
- 9.3.4 Versuchsauswertung
- 10 Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit dokumentiert die Entwicklung und Konstruktion eines Pipettierautomaten ("Piomat 04") als interdisziplinäres Projekt der Fachbereiche Biotechnologie und Maschinenbau. Ziel ist die Automatisierung des manuellen Pipettierens von Zellsuspensionen auf Objektträger für die Autoimmun-Diagnostik, um die Effizienz und Ergonomie im Labor zu verbessern.
- Automatisierung des Pipettierprozesses
- Optimierung der Ergonomie im Labor
- Konstruktion und Fertigung eines Prototyps
- Integration von Qualitätsanforderungen
- Kostenanalyse der Entwicklung
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt den Hintergrund der Diplomarbeit, der in einem Förderprojekt zur Verbesserung der Autoimmun-Diagnostik liegt. Es wird die Notwendigkeit der Automatisierung des manuellen Pipettierens von Zellen auf Objektträger hervorgehoben, und die Aufgabenstellung sowie die Ziele des Projekts "Piomat 04" werden definiert. Die Zusammenarbeit zwischen Biotechnologie und Maschinenbau wird betont.
2 Erste wichtige Vorüberlegungen: Dieses Kapitel beschreibt die ersten Schritte der Entwicklung, indem die Aufgabenstellung mit Hilfe der "Black Box"-Methode und der Funktionsstruktur analysiert wird. Eine Marktanalyse zeigt, dass keine vergleichbare automatisierte Lösung für das spezielle Trägermaterial existiert.
3 Qualitätsanforderungen an einen Pipettierautomaten: Hier werden detaillierte Anforderungen an den Automaten, sowohl von der Biotechnologie-Arbeitsgruppe als auch von den Diplomanden, formuliert. Die Anforderungen sind in allgemeine Eigenschaften und spezifische Anforderungen an die einzelnen Baugruppen unterteilt.
4 Betrachtung der allgemeinen Herangehensweise: Dieses Kapitel erläutert die methodische Vorgehensweise bei der Entwicklung des Automaten, ausgehend vom manuellen Pipettieren. Es werden die Grundlagen des manuellen Prozesses beschrieben und die Übertragung auf die automatisierte Lösung diskutiert. Der kreative Prozess der Ideenfindung wird dargestellt.
5 Varianten: Hier werden verschiedene Varianten für die einzelnen Baugruppen des Automaten vorgestellt und bewertet, unter Verwendung des morphologischen Kastens als systematische Methode zur Ideenfindung. Die Bewertungskriterien umfassen technische Machbarkeit, Kosten, und die Erfüllung der Anforderungen.
Schlüsselwörter
Pipettierautomat, Autoimmun-Diagnostik, Zellkultur, Rapid Prototyping, CAD-Konstruktion, SPS-Steuerung, Linearantrieb, Mobile Trägerbox, Qualitätsanforderungen, Kostenanalyse.
Häufig gestellte Fragen zur Diplomarbeit "Piomat 04"
Was ist das Thema der Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit beschreibt die Entwicklung und Konstruktion eines Pipettierautomaten namens "Piomat 04". Das Projekt ist interdisziplinär angelegt und vereint die Fachbereiche Biotechnologie und Maschinenbau. Der Automat soll das manuelle Pipettieren von Zellsuspensionen auf Objektträgern für die Autoimmun-Diagnostik automatisieren.
Welche Ziele verfolgt die Diplomarbeit?
Die Hauptziele sind die Automatisierung des Pipettierprozesses, die Optimierung der Ergonomie im Labor, die Konstruktion und Fertigung eines Prototyps, die Integration von Qualitätsanforderungen und eine Kostenanalyse der Entwicklung.
Welche Methoden wurden angewendet?
Die Arbeit nutzt verschiedene Methoden, darunter die "Black Box"-Methode zur Analyse der Aufgabenstellung, Funktionsstrukturen, eine Marktanalyse, den morphologischen Kasten zur Variantenfindung und Bewertung, CAD-Konstruktion und SPS-Steuerung für die Realisierung.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in Kapitel zur Einleitung, Vorüberlegungen, Qualitätsanforderungen, methodischem Vorgehen, Variantenfindung und -bewertung, Realisierung der optimalen Variante (Konstruktion, Fertigung, Elektronik), Fertigung und Inbetriebnahme, Geräte- und Bedieninformationen, einen durchgeführten Versuch und einen Ausblick.
Welche Qualitätsanforderungen wurden berücksichtigt?
Die Arbeit definiert detaillierte Qualitätsanforderungen, sowohl allgemeine als auch spezifische Anforderungen an einzelne Baugruppen wie die mobile Trägerbox, den Linearantrieb, den Pipettenarm und die Steuerung.
Welche Varianten wurden untersucht?
Es wurden verschiedene Varianten für die einzelnen Baugruppen des Automaten entwickelt und bewertet. Die Bewertung berücksichtigte technische Machbarkeit, Kosten und die Erfüllung der Anforderungen.
Wie wurde der Prototyp realisiert?
Die Realisierung umfasste den konstruktiven Prozess, die Erstellung von Konstruktionszeichnungen und Stücklisten, die Fertigung der Einzelbaugruppen, die Integration der Elektronik und SPS-Steuerung sowie eine Kostenanalyse.
Welche Versuche wurden durchgeführt?
Die Arbeit beschreibt einen durchgeführten Versuch, dessen Ziel, Grundlagen, Durchführung, Ergebnisse und Auswertung detailliert dargestellt werden. Es werden die verwendeten Geräte und der Versuchsaufbau beschrieben.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Pipettierautomat, Autoimmun-Diagnostik, Zellkultur, Rapid Prototyping, CAD-Konstruktion, SPS-Steuerung, Linearantrieb, Mobile Trägerbox, Qualitätsanforderungen, Kostenanalyse.
Wo liegt der praktische Nutzen des "Piomat 04"?
Der "Piomat 04" soll die Effizienz und Ergonomie im Labor verbessern, indem er das manuelle, repetitive Pipettieren von Zellen auf Objektträgern automatisiert. Dies ist besonders relevant für die Autoimmun-Diagnostik.
- Citation du texte
- Eric Sebastian (Auteur), Robert Döring (Auteur), 2009, Entwicklung eines Automaten zur Applikation von Zellen auf ein Trägermaterial, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/346798
