Histamin Schnelltest

Histamin-Unverträglichkeit - eine weit verbreitete Diagnose

Histamin kommt in zahlreichen Lebensmitteln vor, etwa in Fisch, Käse, Wein oder Sauerkraut. Dabei schwankt der Histamingehalt je nach Frische oder Reifegrad des Lebensmittels. Histamin gilt als Vermittlersubstanz für allergische Reaktionen und spielt auch bei der Immunabwehr eine wichtige Rolle. Der Stoff wird durch Enzyme im Darm abgebaut, allerdings kann dieser Prozess gestört sein, so dass sich zu viel Histamin im Körper ansammelt. Die Folge sind Verdauungsprobleme, Juckreiz, Kopfschmerzen, Herzrhythmusstörungen und andere, teils chronische Reaktionen. Weltweit sollen rund drei Prozent der Menschen an einer Histamin-Unverträglichkeit leiden, also rund eine viertelmilliarde Menschen. Allein in Deutschland müssen etwa zwei Millionen Menschen auf zahlreiche Lebensmittel verzichten.

 

So funktioniert das Konzept der Histamin-Analyse

Ziel der Entwicklung war ein handliches Gerät, mit dem man schnell und einfach den Histamin Wert verschiedener Lebensmittel ermitteln kann. Durch einige Prozessschritte, die kinderleicht auszuführen sind, gelingt es selbst unerfahrenen Nutzern, ein schnelles Ergebnis zu erhalten. Besonders wichtig war die Ergonomie und Handhabung des Gerätes. Es sollte auf keinen Fall zu einer Fehlbedienung kommen, aber auch nicht zu kompliziert in der Bedienung sein, damit der Schnelltest für alle Anwender leicht zu bedienen ist.

 

Schritt 3:

Der Probeentnehmer saugt Flüssigkeiten auf oder stanzt feste Lebensmittel.

Schritt 6:

Feste Proben werden durch Drehen des Schaftes zerkleinert.

Design Thinking fixiert den Use Case

Ganz zu Beginn, bevor die konkrete Entwicklungsarbeit startete, lud defortec alle Projektpartner zum Design Thinking Workshop, der zunächst die Zielgruppe, deren Erwartungen sowie den Use Case definierte. So wendet sich der Test vor allem an Privatpersonen, die ein möglichst einfaches Handling und geringe Kosten erwarten. Die Abfallproblematik des Einwegeproduktes wollte defortec durch die sortenreine Verwendung biologisch abbaubarer Kunststoffe entschärfen. Allerdings stellte man bei der Recherche fest, dass der Idee ein nur eingeschränktes Werkstoff-Angebot gegenübersteht. Kurzum: Dieser Aspekt ist bei Projektende nicht abschließend gelöst, auch die Dimensionierung der derzeit in der Erprobung befindlichen Prototypen ist weiter optimierbar.

Industriedesign für Forschung und Entwicklung

defortec ist Partner eines Entwicklungsprojektes, das Histamin-Schnelltests auf eine neue analytische und nutzerfreundliche Basis stellt. Im Kern geht es dabei um ein kleines Gerät, das Menschen mit Histamin-Intoleranz ermöglichen soll, Lebensmittel auf deren aktuellen Histamin-Gehalt selbstständig und sicher prüfen zu können. Medizintechnik Design für den Alltag. 

Das als Single-Use-Produkt gedachte Tool basiert auf einem neuen Testverfahren des NMI (Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen). Das Verfahren ist in der Lage, flüssige wie auch feste Lebensmittel in nur wenigen Minuten zu analysieren und ein halb-quantitatives Ergebnis per Farbcode auszugeben. Damit könnten Histamintests theoretisch auch außerhalb von Laboren, also direkt im Alltag, genutzt werden.

Schritt 1:

Das Testgerät wird vom Nutzer vorbereitet, er greift dabei nur die mit Noppen markierten Bereiche.

Schritt 4:

Der Probeentehmer wird wieder in das Testgerät eingesteckt.

Schritt 7:

Aktivieren und Vermischen der Pufferlösung mit der Probe.

Miniaturisiertes Produktkonzept

Das Produktkonzept von defortec basiert auf einem schlanken Zylinder, ausführliche Form- und Ergonomiestudien führten zu dieser Konfiguration: an der Spitze wird die Probe entnommen, eingesaugt oder gestanzt, dann per Drehung gemörsert und mit der Aufschlusslösung vermischt. Minuten später erscheint ein Linienbild auf dem integrierten LFA-Streifen (Lateral Flow Assay), das Aufschluss über die Histamin-Konzentration gibt. Das Designkonzept visualisiert also den linearen Testablauf, beginnend bei der Spitze bis zur Ergebnis-Anzeige am anderen Ende. Mit Noppen gestalterisch akzentuierte Greifflächen tragen zur intuitiven Handhabung bei.

Der von defortec konzipierte Prototyp ist sehr ausdetailliert und bereits für die Massenproduktion per Spritzguss optimiert. Der Produktionsstart allerdings steht noch nicht fest, das wäre Aufgabe des nächsten Projektabschnittes. Momentan arbeitet man am NMI an der Erprobung – allerdings mit einfacheren Geräten aus Edelstahl, die sich im Rahmen ausführlicher Prozess-Testreihen im Labor mehrfach wiederverwenden lassen.

 

Vom Prozessdesign zum Produktdesign

Bei defortec analysierte man zunächst den Testprozess und teilte ihn in logische Einzelschritte, beginnend bei der Probenentnahme bis hin zur Visualisierung des Ergebnisses. Nur so ließ sich die Komplexität reduzieren und der Ablauf in ein miniaturisiertes Produkt überführen. Die konkrete Entwicklung erfolgte in ausführlichen Versuchsreihen, bei denen die CAD Entwürfe per 3D-Druck in reale, prüfbare Modelle überführt wurden. Besonders die Probenentnahme und der Mischungsablauf mit der Aufschlusslösung musste immer wieder am Realmodell erprobt und verfeinert werden. Unter dem Strich stand das Prozessdesign, also die Funktionsabläufe sowie die Usability zunächst ganz im Vordergrund der defortec-Aktivitäten. Aus diesen Erkenntnissen heraus leitete man dann erst das eigentliche Produktdesign ab.

 

Schritt 2:

Entnahme der Komponente für die Probenentnahme.

Schritt 5:

Das Entfernen der Sicherungslasche leitet den eigentlichen Analysevorgang ein.

Schritt 8:

Nach etwa drei Minuten lässt sich der Histamin-Gehalt per Farbcode im Read-Out-Feld ablesen.

Forschungsprojekt mit konkretem Ziel

Das 2019 abgeschlossene Forschungsprojekt wurde im Rahmen des Zentralen Investitionsprogrammes Mittelstand (ZIM) des Bundeswirtschaftsministeriums gefördert, Partner waren neben dem NMI die Contexo GmbH und defortec. Während sich Contexo um die Serienproduktions-Aspekte kümmern sollte, konzentrierte sich defortec auf das Industrial Design, also um Ergonomie, Werkstoffe, Aspekte der Produktion und natürlich um die Gestaltung.

 

Die defortec-Leistungen im Überblick

 

• Design-Thinking Workshop
• Prozess- und Funktionsanalyse
• Prozessoptimierung
• Designentwurf mit Funktionstests, iterative Optimierung
• Kooperation mit interdisziplinären Projektpartnern
• Materialrecherche
• Ergonomie- und Funktionstests
• Prototypenbau

 

Zur Projektübersicht

Weitere Rubriken

Good to know...

Ein kleines Glossar, das die Verständigung über Design vereinfachen soll. Zum Glossar
"Maschinenbau"

Der Maschinenbau (Maschinenwesen) ist ein klassischer Zweig der Industrie und eine klassische Ingenieurdisziplin. Dieses Arbeitsgebiet enthält die Entwicklung, Konstruktion und Produktion von Maschinen. Als Industriezweig entstand der Maschinenbau aus dem Handwerk der Metallbearbeitung durch Schmiede und Schlosser, als Ingenieurdisziplin nach modernem Verständnis durch systematischen wissenschaftlichen Bezug auf die klassische Physik, insbesondere auf die klassische Mechanik.