Anwendungsentwicklung

Prof. Dr. Roland Zengerle

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Forschungsschwerpunkte

• Lab-on-a-Chip: Integration kompletter Abläufe für biochemische Analysen auf Chips von der Größe einer Kreditkarte. Aus einem einzigen Tropfen Blut lassen sich dadurch direkt am Ort des Patienten schnell und zuverlässig komplexe Krankheitsbilder analysieren. LabDisk: Entwicklung automatisierter Lösungen für biologische und klinisch relevante Laborabläufe mittels eines zentrifugal-mikrofluidischer Testträgers etwa von der Größe einer CD. LabTube: Zentrifugale Mikrofluidik in der dritten Dimension. Automatisierung von Laboroperationen in funktionalen Verpackungen für die Prozessierung in Standard-Laborzentrifugen ( gestapelte Anordnung mikrofluidischer Elemente, Reagenzienvorlagerung für Probenvolumina von einigen Mikrolitern bis zu zwei Millilitern). Anwendungen: DNA- und Proteinanalytik sowie serologische Tests. Lab-on-a-Chip Foundry Service (Dr. Daniel Mark): Schnelle Entwicklung, Integration und Realisierung eines (bio-)chemischen Assays als mikrofluidisches Lab-on-a-Chip-Funktionsmuster. Ziel sind kundenspezifische, marktreife vor-Ort-Analytik und Diagnostik. Basis der mikrofluidischen Integration bildet unser Designhandbuch, eine umfangreiche Bibliothek standardisierter mikrofluidischer Einheitsoperationen wie z.B. Fluidtransport, Mischen, Inkubieren, Aliquotieren u.s.w. Lab-on-a-Chip Prototyping: Die Prozesse umfassen die Mikrostrukturierung von Kunststoffsubstraten, Oberflächenmodifikationen, Deckeln sowie die Reagenzienvorlagerung. Durch Mikrofräsen entstehen Kanäle bis zu 30 µm her. Die Vervielfältigung der gefrästen Master erfolgt durch Heißprägen von Kunststoffplatten oder Mikrothermoformen von Foliensubstraten. Nukleinsäure Analyse: • Implementierung von Prozessabläufen in unsere LabDisk- und LabTube-Plattformen • Entwicklung neuer Assays wie z.B. die Mediator Probe PCR. Immundiagnostik: • Entwicklung kostengünstiger, hochsensitiver und analytisch verbesserter point-of-care/point-of-need Immunoassays, sowie Plattformen für unterschiedliche bioanalytische Anwendungen / Anforderungen. • Entwicklung neuartiger kolorimetrischer Lesegeräte, personalisiertes Gesundheitsmonitoring und Lösungen für ein verbessertes Management diverser Krankheiten mithilfe Smartphone-gestützter Technologie Fluidik, Modellieren und Messen: Automatisierung fluidischer Prozesse auf Lab-on-a-Chip-Plattformen durch • Proof of principle-Studien, • detaillierte Analysen der fluidischen Strömungsvorgänge, • Optimierung fluidischer Prozesse • Sensitvitätsstudien der fluidischen Operationen bezüglich variabler fluidischer Parameter und Fertigungstoleranzen.
• Kontaktfreie Mikrodosiertechnik (Dr. Peter Koltay): Dosier- und Drucktechnik für Forschung und Industrie Kontaktfreie Dosierverfahren für kleinste Flüssigkeitsmengen (z.B. Medien mit gelösten Partikeln oder lebenden Zellen in hohem Durchsatz und mit hoher Parallelität). Suche nach neuen Wirkstoffen in der pharmazeutischen Industrie bis zum kostengünstigen Drucken metallischer Leiterbahnen in der Produktion von Solarzellen. Erzeugung, Vermessung und Handhabung kleinster Flüssigkeitstropfen, die berührungslos – d.h. ohne mechanischen Kontakt – auf nahezu beliebige Substrate appliziert werden können. Drucken von einzelnen lebenden Zellen oder heißen Metall-Mikrotropfen. Dosierventile oder Inkjet-Druckköpfe. Anwendungsfelder • Life Science-Forschung • Mess- und Produktionstechnik • Mikroelektronik & Solarzellen • Analytik & Diagnostik
• Elektrochemische Energiesysteme (Dr. Matthias Breitwieser, Dr. Severin Vierrath): Die Nachwuchsgruppe „Elektrochemische Energiesysteme“ forscht an Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolyseuren. Kernkompetenzen sind innovative Herstellungsmethoden und Materialien, sowie der Mikrocharakterisierung und 3D bildgebenden Verfahren für diese Technologien. Im Focus stehen neue Herstellungs-Methoden und alternative Materialien für elektrochemische Energieanwendungen: Brennstoff- und Elektrolysezellen und Redox-Flow Batterien. Durch neue Membransysteme steigern wir die Leistungsdichte und die Lebensdauer. Zudem werden neue Elektrodenstrukturen, die höhere Leistungsdichten ermöglichen, entwickelt. Hierfür stehen in der Gruppe Methoden wie Elektrospinning, Sprüh-Beschichtung und skalierbare Beschichtungs-Verfahren zur Verfügung. Neue Materialien und Herstellungsmethoden werden elektrochemisch in Brennstoff- und Elektrolysezellen- und Batterie-Testständen, sowie ex-situ im Mikroanalyse-Labor (µXRF, Xe-Plasma FIB/SEM, Raman-Mikroskopie, …) charakterisiert. Abgedeckt wird die komplette Wertschöpfungskette von Katalysator- und Membranherstellung, Tinten- und MEA-Herstellung sowie elektrochemischer und mikroskopischer Analyse ab.

Wissenschaftliche Projekte und Forschungsvorhaben

• 4D-Bioprinting von vaskularisiertem Knochengewebe und Evaluation der Blutgefäß- und Knochenbildung in einem orthotopen Knochendefektmodell
  • Projektleitung: Dr. Peter Koltay (Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 01.06.2020 bis 31.05.2023
  • Details zum Projekt
• ADAPT-2. Automatisierte Plattform für das 3D Mikrotumor-Handling mit integrierter Analyse zur personalisierten Therapie auf Basis von KI – Prozessierung multizellulärer Tumorsphäroide mit der Mikrotumor-Handling-Plattform und Etablierung alternativer tierbestandteilfreier Kulturbedingungen
  • Projektleitung: Zimmermann, Stefan
  • Laufzeit: 01.04.2023 bis 31.03.2025
  • Details zum Projekt
• Alkalische Elektrolyse mit Membran: Hocheffiziente edelmetallfreie Katalysatoren, stabile Binder-Ionomere und effektives Elektrodendesign (AEMready)
  • Projektleitung: Dr. Severin Vierrath, (Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 01.03.2021 bis 29.02.2024
  • Details zum Projekt
• Automatisierte Plattform für 3D-Mikrotumor Analysen zur personalisierten Therapie (ADAPT)
  • Projektleitung: Dr. Peter Koltay (Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 01.04.2020 bis 31.03.2023
  • Details zum Projekt
• CFD- und Through-Plane Modellierung von PEM Brennstoffzellen (FC-CAT)
  • Projektleitung: Dr. Carolin Klose, (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.07.2019 bis 30.06.2024
  • Details zum Projekt
• CORAL-HD: Brennstoffzellen-Elektroden mit langer Lebensdauer für Nutzfahrzeuge
  • Projektleitung: Dr. Severin Vierrath
  • Laufzeit: 01.03.2021 bis 29.02.2024
  • Details zum Projekt
• DINAMIK – Digitaler Nachweis von Biomarkern des Interaktoms für die Krebsdiagnostik am Beispiel der HER2/HER3-Interaktion
  • Projektleitung: Dr. Csaba Jeney (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.05.2020 bis 30.04.2023
  • Details zum Projekt
• Fluorfreie Membran-Elektroden-Einheiten mit hoher Effizienz, geringem Gasübertritt und langer Lebensdauer zur nachhaltigen Erzeugung von Wasserstoff (Fluorfreie-MEA)
  • Projektleitung: Dr. Severin Vierrath, (Prof. Dr. Roland Zengerle
  • Laufzeit: 01.04.2021 bis 31.03.2023
  • Details zum Projekt
• F-MFC2: Wirtschaftlichkeitsstudie zur filtrationsaktiven mikrobiellen Brennstoffzelle – Simultane Stromgewinnung und Membranfiltration zur energieeffizienten Abwasserreinigung
  • Projektleitung: PD Dr. Sven Kerzenmacher (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: seit 01.03.2015
  • Details zum Projekt
• Fuel cell realistic aging trend modelling (FC-RAT)
  • Projektleitung: Dr. Carolin Klose, (Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 01.01.2021 bis 30.06.2024
  • Details zum Projekt
• Hybrides 3D-Prototyping von Polymerbauteilen mit metallischen Leiterbahnen (Hy3DPro)
  • Projektleitung: Zeba Khan (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.02.2021 bis 31.07.2023
  • Details zum Projekt
• Improved lifetime stacks for heavy duty trucks through ultra-durable components (Immortal)
  • Projektleitung: Dr. Severin Vierrath, Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 2021 bis 2023
  • Details zum Projekt
• MONOGRAM - Multimodale Einzelzellanalyse regulatorischer Netzwerke der AML im zeitlichen Verlauf
  • Projektleitung: Dr. Csaba Jeney, Dr. Stefan Zimmermann, (Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 01.05.2020 bis 30.04.2023
  • Details zum Projekt
• NextRedox – Neue Membranen für Vanadium-Redox-Flow-Batterien der nächsten Generation; Teilprojekt: Membranentwicklung
  • Projektleitung: Dr. Andreas Münchinger, Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 2021 bis 2023
  • Details zum Projekt
• Nicht invasive Micro-RNA-basierte Urin-Brustkrebs-Diagnostik (Mammacheck)
  • Projektleitung: Sabrina Kartmann (Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 01.10.2020 bis 30.09.2023
  • Details zum Projekt
• Schneller, automatisierter und günstiger molekularer Nachweis von Pflanzenpathogenen auf einem mikrozentrifugalen Lab-on-a-Chip-System (iRotation)
  • Projektleitung: Lisa Becherer (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.02.2020 bis 31.01.2023
  • Details zum Projekt
• ZenION – Stabile AEM durch Superbasen
  • Projektleitung: Dr. Andreas Münchinger, (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.11.2022 bis 31.01.2024
  • Details zum Projekt

Wissenschaftliche Publikationen

• F. Fischer, A. Doll, D. Uereyener, S. Roenneberg, C. Hillig, L. Weber, V. Hackert, M. Meinel, A. Farnoud, P. Seiringer, J. Thomas, P. Anand, L. Graner, F. Schlenker, R. Zengerle, P. Jonsson, M. Jargosch, FJ Theis, CB Schmidt-Weber, T. Biedermann, M. Howell, K. Reich, K. Eyerich, M. Menden, N. Garzorz-Stark, F. Lauffer, S. Eyerich: Gene expression based molecular test as diagnostic aid for the differential diagnosis of psoriasis and eczema in formalin fixed and paraffin embedded tissue, microbiopsies and tape strips The Journal of Investigative Dermatology, 2023. : http://doi.org/10.1016/j.jid.2023.02.015 (in Druck)
• F. Schlenker, P. Juelg, J. Lüddecke, N. Paust, R. Zengerle, T. Hutzenlaub: Nanobead handling on a centrifugal microfluidic LabDisk for automated extraction of cell-free circulating DNA with high recovery rates Analyst, 2023. : http://doi.org/10.1039/D2AN01820A
• J. Weygant, F. Koch, K. Adam, K. Tröndle, R. Zengerle, G. Finkenzeller, S. Kartmann, P. Koltay, S. Zimmermann: A Drop-on-Demand Bioprinting Approach to Spatial Arrangement of Multiple Cell Types and Monitoring Their Cell–Cell Interactions towards Vascularization Based on Endothelial Cells and Mesenchymal Stem Cells Cells, 2023; 12 (4): 646. : http://doi.org/10.3390/cells12040646

• V. Zieger, D. Frejek, S. Zimmermann, P. Koltay, R. Zengerle, S. Kartmann: A novel platform for automated and efficient handling of scaffold-free 3D cell-culture models enables well-controlled large-scale 3D in vitro drug screening 2023 (SLAS 2023 Conference and Exhibition, San Diego, CA, USA, 25.02. - 01.03.2023).
• Z. Khan, P. Koltay, R. Zengerle, S. Kartmann, Z. Shu: Direct conductive metal printing for one step fabrication of hybrid flexible electronics 2023 (inno LAE 2023, Cambridge, UK, 21. – 23. Feb. 2023).

Besondere wissenschaftliche Aktivitäten

Abschlussarbeiten

• Susanne Koch: Electrode engineering for anion-exchange membrane water electrolyzers (Erstgutachter/in Dr. Severin Vierrath, IMTEK - Anwendungsentwicklung/Elektrochemische Energiesysteme, Zweitgutachter/in Prof. Dr. Stefan Glunz, INATECH, Freiburg), 2023.

• Florian Neff: Automation of hybrid capture based target enrichment method for whole exome sequencing by centrifugal microfluidics (Erstgutachter/in PD Dr. Nils Paust, IMTEK - Anwendungsentwicklung, Zweitgutachter/in Prof. Dr. Jürgen Rühe, IMTEK - Chemie & Physik von Grenzflächen), 2023.
• Jacqueline Goldmann: Vanadium redox flow battery performance of pretreated Aemion+™ (Erstgutachter/in Dr. Severin Vierrath, IMTEK - Anwendungsentwicklung/Elektrochemische Energiesysteme, Zweitgutachter/in Dr. Jochen Kieninger, IMTEK - Sensoren), 2023.

• Josephine N. Häberlein: Development of carbon supported Ag nanoparticles as catalyst for CO2 electrolysis (Erstgutachter/in Dr. Severin Vierrath, IMTEK - Anwendungsentwicklung/Elektrochemische Energiesysteme, Zweitgutachter/in Dr. Jochen Kieninger, IMTEK - Sensoren), 2023.