Abbildung 1 Das Glaukom ist weltweit eine der häufigsten Ursachen für Erblindung. Der Hauptrisikofaktor für ein Glaukom ist ein erhöhter Augeninnendruck (IOD), wobei die einzige Behandlungsmöglichkeit für Glaukompatienten darin besteht, den IOD zu senken.
Der Augeninnendruck wird durch das Gleichgewicht zwischen der Sekretion von Kammerwasser (AH) und dessen Abfluss über den herkömmlichen Abflussweg reguliert, der aus dem Widerstand des Trabekelwerks und dem Schlemmschen Kanal, einem Gefäß, das die Vorderseite des Auges umgibt, besteht (siehe Abbildung 1). Ein erhöhter Widerstand dieses herkömmlichen Abflussweges ist weitgehend für den bei Glaukompatienten beobachteten erhöhten IOD verantwortlich.
Die Forschung konzentriert sich derzeit auf die Entwicklung von Behandlungen, die auf die Ursache des erhöhten Widerstands im herkömmlichen Abflussweg abzielen, der durch die Abflussfähigkeit (den Kehrwert des Widerstands) gekennzeichnet ist. Dies erfordert die Fähigkeit, den Fluss und den Druck während der Augenperfusion zu messen. Das Augengewebe ist zu komplex, um es mit In-vitro-Methoden (z. B. Organ-on-a-Chip) genau nachzubilden. In dieser Forschung werden Mäuseaugen verwendet, die anatomisch den menschlichen Augen ähneln. Aufgrund ihrer geringen Größe ist jedoch eine extrem hohe Präzision bei den Messungen erforderlich. Da für die Forschung tierisches Gewebe verwendet wird, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Messungen optimiert werden, um die gewonnenen Informationen zu maximieren.
Herkömmliche Messverfahren führen nachweislich zu erheblichen Fehlern bei der Schätzung der Abflussfähigkeit (Fehler von bis zu >250 %). Darüber hinaus waren die bestehenden Messmethoden alles andere als robust, was durch die Tatsache erschwert wurde, dass die Anwender solcher Systeme Experten in Biologie, Pharmakologie und Physiologie sind, in der Regel jedoch keine Ingenieure.
Um diese Probleme zu überwinden, bietet das von Dr. Joseph M. Sherwood, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung für Bioingenieurwesen am Imperial College London, entwickelt wurde, bietet einen neuen Ansatz zur Messung und Analyse der Ausflussfähigkeit. Dieses System verwendet einen automatisierten hydrostatischen Druckbehälter zur Druckregelung und einen thermischen Durchflussmesser zur Messung der Durchflussrate. iPerfusion TM system, designed by Dr. Joseph M. Sherwood, Faculty of Engineering, Department of Bioengineering at Imperial College London, offers a new approach to measure and analyze outflow facility. This system uses an automated hydrostatic pressure reservoir to control pressure and a thermal flow meter to measure the flow rate.
Verwendete Produkte
Omega PXM409: Der hochgenaue Nass-Nass-Differenzdruckwandler mit 5-Punkt-Kalibrierung nach NIST bietet hohe Stabilität, geringe Drift und erstklassige Temperaturleistung über einen breiten kompensierten Temperaturbereich. Dieser Druckwandler ist mit einer sekundären Umhüllung und einer geschweißten Edelstahlkonstruktion robust gebaut und kann individuell angepasst werden. Die hohe Genauigkeit und Stabilität dieses Sensors ist für die Präzision der Messungen, die bei iPerfusion erforderlich sind, von entscheidender Bedeutung.
Omega TXDIN1620: Der TXDIN1620 ist ein Temperaturtransmitter der neuen Generation für die DIN-Schienenmontage. Er ist für die gängigsten Prozess- und Temperatursensoreingänge ausgelegt und liefert ein standardmäßiges 2-Draht-Ausgangssignal von 4 bis 20 mA. In dieser Anwendung wurde der TX DIN verwendet, um das RTD-Signal in ein 0-10-V-Ausgangssignal umzuwandeln. Zwischen Eingang und Ausgang besteht eine Isolierung, und alle Temperaturbereiche sind linear zur Temperatur. Das Gerät ist dank einer USB-Schnittstelle und einer schnellen und einfachen Konfiguration benutzerfreundlich.
Omega-Düsenbandheizungen: Dieser zuverlässige, mit Glimmer isolierte Bandheizkörper wurde um das Bad gewickelt, wobei die Temperatur mit dem oberflächenmontierten RTD gemessen wurde. Dieser Bandheizkörper bietet eine gute Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Er sorgt für möglichst niedrige Wicklungstemperaturen und verfügt über eine Heizelementbaugruppe mit geringer Masse für schnelles Aufheizen und schnelle thermische Reaktion auf Steuerungen. Er verfügt außerdem über einen integrierten Riemen mit geringer Wärmeausdehnung, ein einzigartiges Konstruktionsmerkmal, und kann bei höheren Betriebstemperaturen [bis zu 480 °C (900 °F)] eingesetzt werden. Diese Heizbänder werden häufig für die Beheizung zylindrischer Oberflächen verwendet und sind in einem breiten Messbereich an Standardausführungen, Abmessungen, Nennleistungen und mit einer vollständigen Auswahl an Schraubklemmen und Anschlussleitungen erhältlich.
Omega SA2-Serie RTD: Diese Platin-Widerstandstemperatursensoren (RTDs) sind in zwei verschiedenen Montagevarianten für flache oder gekrümmte Oberflächen mit einem Messbereich von -30 bis 150 °C erhältlich. Die RTDs sind selbstklebend, was die Montage erleichtert und die Ansprechzeiten verkürzt.
So funktioniert es
- Die Hardware der iPerfusion-Anwendung besteht aus vier Hauptkomponenten: einem thermischen Durchfluss-Sensor, einem Differenzdruckwandler, einem betätigten Reservoir und einem speziell angefertigten Salzbad, das mit einer Düsenheizung mit PID-Regelungsrückmeldung von einem oberflächenmontierten RTD-Temperatursensor beheizt wird.
- Um den auf das System ausgeübten Druck zu regeln, wird ein 10-ml-Reservoir mit Wasser gefüllt und an einen vertikal montierten Linearantrieb mit einer Schrittweite von 1,25 μm gekoppelt.
- Die Flüssigkeit fließt aus dem betätigten Reservoir durch den Durchfluss-Sensor (Sensirion SLG150), der über zwei Temperatursensorelemente verfügt, die auf beiden Seiten eines Heizelements angebracht sind, wodurch die Durchflussrate mit einer Genauigkeit von besser als 10 nl/min berechnet werden kann.
- Die Druckdifferenz über den Abflussweg, also der Druck im Inneren des Auges minus dem Druck im Bad, wird mit einem speziellen Nass-Nass-Differenzdruckwandler (Omega PX409) gemessen.
- Um den Strömungsweg zu steuern und zwischen den für die Kalibrierung und Systemvalidierung erforderlichen Konfigurationen umzuschalten, verwendet das System manuelle Verteiler.
- Das Mausauge wird vollständig in eine relativ große Menge phosphatgepufferte Kochsalzlösung getaucht, deren Temperatur mit Hilfe einer Düsenheizung auf 35 ± 0,5 °C geregelt wird.
- Die Temperatur des Bades wird mit einem Temperatursensor (Omega SA2C SA2F-RTD) gemessen. Der TXDIN 1620 wird verwendet, um das Signal vom RTD in einen Spannungsausgang umzuwandeln.
- Zur Steuerung und Messung der relevanten Parameter werden speziell entwickelte Software und Elektronik verwendet, die einen automatisierten Schrittvorgang zur Erfassung des Verhältnisses zwischen Durchfluss und Druck für ein bestimmtes Auge ermöglichen, aus dem die Abflussfähigkeit berechnet werden kann.
- Es stehen zwei Spiegelsysteme zur Verfügung, sodass ein Auge als Kontrolle dienen kann, während die Versuchsbedingungen auf das kontralaterale Auge angewendet werden.
Die Ergebnisse
Das iPerfusion-System bietet im Vergleich zu anderen herkömmlichen Messverfahren bahnbrechende Verbesserungen in Bezug auf Genauigkeit, Robustheit und Geschwindigkeit. Daher hat es sich zur führenden Technologie für die Messung der Abflussfähigkeit in Mäuseaugen entwickelt, die für zahlreiche neuartige Forschungsprojekte zum Thema Glaukom von zentraler Bedeutung ist.
Obwohl diese Anwendung auf enukleierte Mäuseaugen ausgerichtet ist, kann das Messsystem zur Messung der Abflussfähigkeit bei jeder Spezies eingesetzt werden und mit geringfügigen Modifikationen auch in vivo angewendet werden. Das Messsystem wird derzeit in 15 akademischen und Forschungszentren weltweit eingesetzt, und es wurden 21 Fachartikel veröffentlicht, in denen diese Technologie zum Einsatz kam.
Profi-Tipp
Omega bietet die Möglichkeit, Druckwandler an die individuellen Anforderungen einer Anwendung anzupassen. Eine kundenspezifische Konfiguration ist für Materialtyp, Prozessanschluss, Drucktyp, Messbereich, Ausgang, Genauigkeit, elektrischen Anschluss, Kabellänge, Temperaturbereich und mehr verfügbar.
DwyerOmega | Blog | Was ist ein Manometer?
Verfasst von: Dan Schultz
Aktualisiert am: 30. Oktober 2025
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Updated on: March 30, 2026