Die Herstellung von PCR-Testkartuschen für verschiedene Schnelltests, insbesondere hinsichtlich multiresistenter Keime („MRSA“) und SARS-CoV-2, war eines unserer Initialprojekte im Bereich der Mikrofluidik. Einerseits galt es, das Start-up-Unternehmen Spindiag an eine industrielle Serienfertigung heranzuführen, und andererseits hausintern Prozess-Know-how zu Werkzeugbau und Spritzgussfertigung der Mikrostrukturen auf der Disk sowie zu sämtlichen Fertigungsschritten der Montage, Bestückung und Verpackung aufzubauen.
PCR-Testkartusche für ein Start-up-Unternehmen
Start für die Mikrofluidik bei RKT
Für ein Start-up-Unternehmen produzierten wir nahezu vollautomatisiert und unter strengen Reinraumbedingungen der ISO-Klasse 7 PCR-Testkartuschen für den Nachweis von MRSA- und SARS-CoV-2-Erregern.
Der Vorteil von PCR-Testkartuschen für den Schnellnachweis definierter Erreger liegt in der unmittelbaren Ergebnisermittlung am Point-of-Care ohne Verzögerung durch die Auslagerung der Analyse an ein Labor. Ursprünglich entwickelte das Unternehmen den PCR-Test für den Schnellnachweis multiresistenter Keime und konnte das Verfahren im Zuge der sich dynamisch entwickelnden Corona-Infektionslage auf den Nachweis von SARS-CoV-2-Erregern anpassen.
Ausgestaltung des anspruchsvollen Bestückungsprozesses
Als RKT als Fertigungspartner hinzugezogen wurde, bestanden bereits die zentralen Spezifikationen der Testkartusche inklusive aller nötigen mikrofluidischen Kammern und Kanäle sowie der Abfolge des Bestückungsprozesses. Die Ausgestaltung aller bis dato manuellen Bearbeitungsschritte bei Spindiag im industriellen, möglichst vollautomatisierten Maßstab unter Reinraumbedingungen der ISO-Klasse 7 war Aufgabe unserer Prozessentwickler.
Alles aus einer Hand
Das Besondere an dieser Vorgehensweise war zu dem Zeitpunkt für uns als Lohnhersteller die Abdeckung der gesamten Wertschöpfungskette inklusive Montage, Bestückung und Logistik. Durch die Realisierung sämtlicher Prozessschritte konnten wir Know-how in der Fertigung mikrofluidischer Kartuschen und Bauteile aufbauen und bieten damit gerade Start-up-Unternehmen, die solche Prozesse nicht umfassend selbst abbilden können, einen roten Faden in die Serienproduktion.
Prozess-Know-how: Mikropipettieren, Lyophilisat-Handling, Thermo-Bonding
Eine der zentralen Stationen in der automatisierten Produktionslinie war u. a. das Mikropipettieren von sogenannten Primerlösungen, also das präzise Einbringen geringster Flüssigkeitsmengen, in die einzelnen Mikrostrukturkammern der Kartusche. Im Anschluss mussten die Flüssigkeiten im Trocknungsofen eingetrocknet werden, um die Kartusche haltbarer zu machen.
Die befüllten Kartuschen durchliefen einen Trocknungsofen, in dem die Flüssigkeiten verdampften und die Reagenzien getrocknet und stabil zurück blieben.
Eine andere Herausforderung bildete die Bestückung mit Lyophilisaten (gefriergetrockneten Reagenzien), die sehr brüchig und hygroskopisch sind, sodass es auf das richtige Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsmanagement in der entsprechenden Reinraumzelle ankam. Zusätzlich mussten sogenannte Stickpacks, kleine mit Flüssigkeiten gefüllte Alubeutel, mittels eines UV-Klebers in der Kartusche für den späteren Analysevorgang appliziert werden. Zum Versiegeln der Kartusche etablierten wir einen komplexen Thermobonding-Prozess, in dem eine Siegelfolie mit den aufeinander abgestimmten Parametern Druck, Temperatur und Zeit auf die Kartusche aufgebracht wurde.
Nach Aufbringung von Cover und Probeneingabenmodul erfolgte die Primärverpackung, durch die jede Einzeldisk atmosphärisch verschlossen in einem Beutel geschützt war.
Vermeidung von Keimen durch regelmäßige Mitarbeiter-Testung
Besonders heikel bei der Fertigung von PCR-Tests ist der versehentliche Eintrag von Partikeln oder gar Keimen. Um sicherzugehen, dass Tests später keine falsch-positiven Ergebnisse anzeigten, wurden unsere Mitarbeiter regelmäßig auf die zu detektierenden Erreger MRSA und SARS-CoV-2 getestet.
Durch den Einsatz von kollaborativen Robotern wurdw der Prozessfluss verbessert und das Kontaminationsrisiko reduziert.
Hohe Stückzahlen in wenigen Monaten
Aus den von Spindiag vordefinierten manuellen Prozessschritten konnten wir in wenigen Monaten eine industrielle, automatisierte Produktionslinie aufbauen, die relevante Stückzahlen an PCR-Testkartuschen produzierte.
Sensor- und Kameraprüfung: Mittels vollautomatischer Kameraprüfung wurden die korrekte Befüllung und Bestückung der Kartusche geprüft.