Bioimpedanz

Die Impedanz ist eine physikalische Größe eines Körpers oder eines Mediums. Sie beschreibt den Widerstand, den ein Körper einem aufgebrachten Wechselstrom entgegenbringt. Messtechnisch wird das Verhältnis von elektrischer Spannung zur Stromstärke bestimmt. Durch die Eigenschaften der untersuchten Körper treten spezifische Phasenverschiebungen zwischen beiden Größen auf, die zur Charakterisierung genutzt werden können. Die Übertragung dieser Prozesse und des Messprinzipes auf biologische Komponenten (Gewebe, 3D-Zellmodelle, Biofilme) ist die Grundlage der Bioimpedanzmessung. Sie wird für die Erkennung, Unterscheidung und Verfolgung der Veränderungen von Zellen und Geweben eingesetzt.

Um die Zusammenhänge zwischen physikochemischen, biologischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Zellen, Zellsuspensionen und Geweben grundlegend verstehen und gezielt nutzen zu können, werden Polarisationsvorgänge an Grenzflächen modelliert. Hier muss insbesondere auch die Nichtlinearität von Elektrodensystemen berücksichtigt werden. Unter Anwendung von Methoden der mathematischen Datenverarbeitung kann damit die Spezifität impedimetrischer Daten aus biologischen Komponenten wie auch aus mikrofluidischen Systemen verbessert werden. Die Forschung des iba verfolgt folgende Schwerpunkte:

  • Forschung zu den Grundlagen der elektrischen Eigenschaften biologischer Materialien (Polarisations- und Diffusionsvorgänge)
  • Entwicklung, Testung und Anwendung von Elektroden und Elektrodenarrays für die Bioimpedanzmessung
  • Berücksichtigung nichtlinearer Eigenschaften von Elektroden- und biologischen Systemen
  • Instrumentelle Entwicklungen und messtechnische Anpassungen im Messbereich vonMHz bis GHz
  • Frequenzbereich / Relaxationsspektroskopie
  • Methodenentwicklung:
    • sehr schnelle Messungen
    • parallele Messungen (>1000 Kanäle)
    • dynamische Impedanzspektroskopie
  • Modellbildung biologischer Prozesse (mathematische und biophysikalische Modelle)