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
• 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. Severin Vierrath (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.07.2019 bis 30.06.2024
  • 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
• Fe-basierte Metal-Organic Frameworks als Photokatalysatoren für Energie- und Umweltanwendungen
  • Projektleitung: Dr. Severin Vierrath, Dr. Naghmeh Mirbagheri
  • Laufzeit: 01.07.2020 bis 30.06.2022
  • Details zum Projekt
• FlexCoat - Entwicklung einer flexiblen On-Demand-Beschichtungsanlage für funktionelle Polymere auf verschiedenen Substraten mit hoher Präzision und inline Qualitätskontrolle
  • Projektleitung: Dr. Severin Vierrath (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.02.2019 bis 31.01.2022
  • 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
• 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
• Innovative tools for rational control of the most difficult-to-manage pests (“super pests”) and the diseases they transmit (SuperPests)
  • Projektleitung: Dr. Konstantinos Mitsakakis (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.09.2018 bis 31.08.2022
  • Details zum Projekt
• LAMP4Yaws - Klinische Evaluierung eines isothermen Nachweisverfahrens zur Detektion von Treponema pallidum pertenue: Ein diagnostisches Werkzeug zur Unterstützung der Bekämpfung von Frambösie (Yaws)
  • Projektleitung: Lisa Becherer (Prof. Dr. R. Zengerle)
  • Laufzeit: 2020 bis 2022
  • Details zum Projekt
• LIM-MOBIL - Entwicklung von sicheren und zyklenfesten Lithium-Metall basierten Batterien für den Einsatz in der Elektromobilität
  • Projektleitung: Dr. Witali Beichel (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.03.2019 bis 28.02.2022
  • 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
• 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
• TRANSCAN VI-Quant-ALL: Automatisierte, absolute Quantifizierung von minimaler Resterkrankung in Patienten mit akuter lymphatischer Leukämie
  • Projektleitung: Dr. Tobias Hutzenlaub (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.06.2019 bis 31.05.2022
  • Details zum Projekt
• Ultrahochauflösende Untersuchung des Wassertransports in alkalischen Brennstoff- und Elektrolysezellen mittels Neutronenradiographie und –Tomographie (NeutroSense)
  • Projektleitung: Dr. Matthias Breitwieser (Prof. Dr. Roland Zengerle)
  • Laufzeit: 01.07.2019 bis 30.06.2022
  • Details zum Projekt

Wissenschaftliche Publikationen

• A. Klebes, A.-S. Kittel, R. D. Verboket, F. von Stetten, S. M. Früh: Multianalyte lateral flow immunoassay for simultaneous detection of protein-based inflammation biomarkers and pathogen DNA Sensors and Actuators B: Chemical, 2022; 355: 131283. : http://doi.org/10.1016/j.snb.2021.131283
• B. Johannsen, D. Baumgartner, L. Karkossa, N. Paust, M. Karpíšek, N. Bostanci, R. Zengerle, K. Mitsakakis: ImmunoDisk - a fully automated bead-based immunoassay cartridge with all reagents pre-stored Biosensors, 2022; 12 (6): 413. : http://doi.org/10.3390/bios12060413
• E. Balogun, P. Mardle, H. Nguyen, M. Breitwieser, S. Holdcroft: Catalyst layers for fluorine‐free hydrocarbon PEMFCs Electrochimica Acta, 2022; 401: 139479. : http://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139479
• E. Kipf, F. Schlenker, N. Borst, M. Fillies, R. Kirschner-Schwabe, R. Zengerle, C. Eckert, F. von Stetten, M. Lehnert: Advanced minimal residual disease monitoring for acute lymphoblastic leukemia with multiplex mediator probe PCR J. Mol. Diag, 2022; 24 (1): 57-68. : http://doi.org/10.1016/j.jmoldx.2021.10.001
• F. Koch, O. Thaden, S. Conrad, K. Tröndle, G. Finkenzeller, R. Zengerle, S. Kartmann, S. Zimmermann, P. Koltay: Mechanical properties of polycaprolactone (PCL) scaffolds for hybrid 3D-bioprinting with alginate-gelatin hydrogel J. Mech. Behav. Biomed. Mat., 2022; 130: 105219. : http://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2022.105219
• H. Nguyen, C. Klose, L. Metzler, S. Vierrath, M. Breitwieser: Fully Hydrocarbon Membrane Electrode Assemblies for Proton Exchange Membrane Fuel Cells and Electrolyzers: An Engineering Perspective Adv. Energy Mater., 2022; 2022: 2103559. : http://doi.org/10.1002/aenm.202103559
• K. Tröndle, G. Miotto, L. Rizzo, R. Pichler, F. Koch, P. Koltay, R. Zengerle, S. S. Lienkamp, S. Kartmann, S. Zimmermann: Deep Learning-Assisted Nephrotoxicity Testing with Bioprinted Renal Spheroids Int. J. Bioprint, 2022; 8 (2): 528. : http://doi.org/10.18063/ijb.v8i2.528
• L. Bohn, M. von Holst, E. Cruz Ortiz, M. Breitwieser, S. Vierrath, C. Klose: Methods— A Simple Method to Measure In-Plane Electrical Resistance of PEM Fuel Cell and Electrolyzer Catalyst Layers J.Electrochem. Soc., 2022; 169 (5): 054518. : http://doi.org/10.1149/1945-7111/ac6e09
• M. Neugebauer, C. E. Grundmann, M. Lehnert, F. von Stetten, S. M. Früh, R. Süss: Analyzing siRNA Concentration, Complexation and Stability in Cationic Dendriplexes by Stem-Loop Reverse Transcription-qPCR Pharmaceutics, 2022; 2022 (14): 1348. : http://doi.org/10.3390/pharmaceutics14071348
• Y.-T. Kao, S. Calabrese, N. Borst, M. Lehnert, Y.-K. Lai, F. Schlenker, P. Juelg, R. Zengerle, P. Garstecki, F. von Stetten: Microfluidic One-Pot Digital Droplet FISH Using LNA/DNA Molecular Beacons for Bacteria Detection and Absolute Quantification Biosensors, 2022; 12 (4): 237. : http://doi.org/10.3390/bios12040237

• D. Kainz: Microthermoforming - enhancing Blister technology 2022 (12th European Thermoforming Conference 2022, Vienna, Austria, 31st March - 1st April 2022).
• J. Disch, L. Bohn, S. Koch, M. Schulz, Y. Han, M. Breitwieser, S. Vierrath: High-resolution neutron imaging of carbonate precipitation and water transport in CO2 electrolysis to CO 2022 (Swiss Electrochemistry Symposium, Aarau, Switzerland, May 11, 2022).
• J. Disch, L. Bohn, S. Koch, M. Schulz, Y. Han, M. Breitwieser, S. Vierrath: High-resolution neutron imaging of carbonate precipitation and water transport in CO2 electrolysis to CO 2022 (Gordons Solar Fuels, Lucca, Italy, May 8-13, 2022).
• K. Seteiz, J. Disch, S. Vierrath: Cl doped Ag as highly porous nanoparticles for CO2 electrolysis to CO 2022 (Gordons Solar Fuels, Lucca, Italy, May 8-13, 2022).
• L. Riek, F. Koch, D. Frejek, L. Zausch, R. Zengerle, P. Koltay, S. Kartmann, S. Zimmermann: A Bioprinting Fidelity Imager (BioFI) for a standardized characterization of bioprinting processes 2022 (SLAS Europe 2022 Conference and Exhibition, Dublin, Ireland, May 26, 2022).
• S. Hennig, Z. Shu, L. Gutzweiler, P. Koltay, F. von Stetten, R. Zengerle, S. M. Früh: “Paper-based open microfluidics platform for automatic protein analysis 2022 (SLAS Europe 2022 Conference and Exhibition, Dublin, Ireland, May 26, 2022).
• S. Koch, S. K. Kilian, J. L. Disch, L. Metzler, P. A. Heizmann, Y. Han, M. Schulz, M. Breitwieser, S. Vierrath: Water management in anion-exchange membrane water electrolyzers under dry cathode operation 2022 (GPR 2022, Golden, Colorado USA, June 12-17, 2022).
• T. Lange, T. Groß, Á. Jeney, J. Scherzinger, E. S. C. Niemöller, S. Zimmermann, P. Koltay, F. von Stetten, R. Zengerle, C. Jeney: Validation of scRNA-seq fold changes by single-cell reverse transcription digital PCR 2022 (Single-Cell Genomics, Gordon Research Conference, Les Diablerets, VD, Switzerland, May 1- 6, 2022).
• T. Tu Truong, F. Schlenker, L. Karkossa, E. M. Arjmand, G. Grether, J. Lüddecke, U. A. Walker, S. Giaglis, N. Paust, T. Hutzenlaub, P. Juelg: Towards standardization of pre-analytics: Highly efficient platelet-poor-plasma generation for ccfmtDNA analysis on a centrifugal microfluidic platform 2022 (EACR Liquid Biopsy, Bergamo, Italy, May 24-26, 2022).
• V. Zieger, D. Frejek, L. Riek, R. Zengerle, S. Kartmann: Selective high-throughput deposition of microtumors for in vitro studies on 3D tumor models 2022 (SLAS Europe 2022 Conference and Exhibition, Dublin, Ireland, May 26, 2022).

Besondere wissenschaftliche Aktivitäten

Abschlussarbeiten