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Fitness-Armband misst Bakteriendichte

(06.11.2019) Fitness-Tracker messen die Herzfrequenz mit einem optischen Verfahren. Mit etwas Geschick und Programmier-Kenntnissen kann man sie in mobile Photometer umbauen.
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Bei Bakterienkulturen ist das Timing ausschlag­gebend für den Erfolg. Egal, ob kompetente Zellen oder rekom­binante Proteine oder Sekrete gewonnen werden sollen: Die Optische Dichte (OD) der kultivierten Bakterien muss stimmen. Wieder und wieder den Erlen­meyer­kolben vom Schüttler zu holen, um eine Probe für die OD-Messung im Photo­meter zu entnehmen, kostet aber nicht nur Zeit, sondern birgt auch das Risiko für Konta­minationen.

Der Photonik-Spezialist Chinna Devarapu vom University College Cork, Irland, hatte keine Lust mehr auf die nervigen OD-Messungen im Photo­meter. Zusammen mit seinen Kollegen kam er auf die Idee, einen Fitness-Tracker (Fitness-Armband) zu modifizieren und für konti­nuierliche Messungen der OD einzusetzen.

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Alle Komponenten vorhanden

Der Herzfrequenz-Sensor eines Fitness-Trackers enthält alle Kompo­nenten, die man für die OD-Messung benötigt. Dazu gehören insbesondere LED-Lampen, Photo­dioden, die als optische Licht­sensoren dienen, sowie ein Mikro­prozessor. Das LED-Licht des Trackers fällt auf die Haut am Hand­gelenk und wird je nach Blutvolumen, das unter der Haut fließt, unter­schiedlich stark reflektiert. Die Photo­dioden empfangen das reflektierte Licht und über­mitteln die Lichtstärke an den Mikro­prozessor, der mit ihrer Hilfe die Herz­frequenz berechnet.

Devarapus Team verwendete als Ausgangs-Gerät für ihr Optical Density Measuring Device (ODX) einen billigen Null-acht-fünfzehn Fitness-Tracker für kaum zwanzig Euro. Für den Tracker sprach insbe­sondere der verbaute Mikro­prozessor, der von einer gut dokumen­tierten Firmware gesteuert wird, die sich mit entspre­chenden Software-Tools modifi­zieren lässt. Mit einem soge­nannten Black-Magic-Probe-Mini-Programm frisierten die Iren die Firmware des Prozessors und passten sie an OD-Messungen an.

Den Fitness-Tracker brachte die Gruppe an der Seite einer mit dem 3D-Drucker hergestellten kubus­förmigen Halterung aus Polymilchsäure unter. In der Mitte des Kubus befindet sich eine Bohrung in die ein entspre­chendes Kultur­gefäß gestellt wird. Auf der gegen­über­liegenden Seite des Trackers ist eine LED-Lampe installiert, die orange­farbenes Licht von etwa 600 Nano­metern durch das Kulturgefäß wirft.

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Klassisch kalibriert

Die beiden Photodioden des Fitness-Trackers registrieren das auf der anderen Seite der Halterung ankommende Licht und über­mitteln die Lichtstärke an den Mikro­prozessor, der die Messwerte als OD600 auf dem Display des Fitness-Trackers anzeigt. Um keine Haus­nummern zu messen, kalibrierte die Gruppe das ODX-Gerät mit OD-Messungen, die sie mit verschie­denen Bakterien­kulturen und Nähr­medien, mit einem klassischen Photo­meter parallel durchführte.

Noch nutzerfreundlicher wird die Messung der OD mit ODX durch eine App, welche die Messdaten drahtlos über Bluetooth an ein Smart­phone überträgt. Auf diesem kann man die Wachstums­kurven beobachten und die entspre­chenden Mess­werte speichern – und sobald eine vorge­gebene OD erreicht ist, wird man von der App daran erinnert.

Andrea Pitzschke

Yallapragada V. et al. (2019): ODX: A Fitness Tracker-Based Device for Continuous Bacterial Growth Monitoring. Analytical Chemistry, 91(19):12329-12335


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Letzte Änderungen: 06.11.2019

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