Third party funded individual grant
Start date : 01.04.2018
End date : 31.03.2019
In modern healthcare, diseases are often prognosed and diagnosed through comprehensive
monitoring of blood samples. For diseases such as malaria, anemia, or sickle cell diseases,
the morphology of RBCs is altered and therefore blood flow characteristics are affected in
such a way that these diseases can be detected from blood flow parameters such as effective
rheology or volumetric transport. Moreover, particular hematological disorders such as those
due to altered hematocrit values are likely to be influenced based on mechanical parameters
of red blood cells and these cell’s interactions with the blood flow.
The exploratory visit proposed here is intended to foster initial collaborations towards the de-
velopment of a research proposal for the design and development of an affordable, portable,
and robust microfluidic device for preliminary screening and continuous monitoring of dis-
eases by means of blood samples. This medical diagnostic device will be tailored towards
rapid point-of-care diagnostics with minimal consumption of blood samples by means of ad-
vanced multiphysics simulations. The readouts generated in the microfluidic bio-sensor to
be developed will be acquired through a specific android-based smartphone platform that
processes the captured signals accordingly for analysis and diagnosis purposes.
For the design of this microfluidic diagnostic device we propose a joint effort of two research
groups to combine their expertise in experimentations, modeling, and fabrication of microflu-
idic platforms for handling and analyzing biological samples with expertise in the realization
of complex parallel algorithms for efficient multiphysics simulations recovering the relevant
effects. The latter includes the development of sophisticated lattice Boltzmann based simu-
lation algorithms to optimize the design of the microfluidic bio-sensors for rapid yet accurate
screening of diseases.
To summarize, we will propose technology development that unprecedentedly aims to opti-
mize the performance of a medical diagnostic device through comprehensive integration of
micofluidics, informatics, and simulation data.
Im modernen Gesundheitswesen werden Krankheiten oft durch umfassende Analyse von Blutproben prognostiziert und diagnostiziert. Bei Krankheiten wie Malaria, Anämie oder Sichelzellkrankheit ändert sich die Zellmorphologie von Erythrozyten (roten Blutkörperchen). Dadurch wird die Blutflusscharakteristik in solcher Weise verändert, dass Krankheiten anhand von Blutflussparametern wie effektiver Rheologie oder Durchflussrate erkannt werden können. Darüber hinaus werden bestimmte hämatologische Erkrankungen,
wie solche aufgrund geänderter Hämatokritwerte, wahrscheinlich durch mechanische Parameter von Erythrozyten beeinflusst, sowie durch deren Interaktionen mit dem Blutfluss.
Der hier beantragte Sondierungsbesuch verfolgt den Aufbau und die Förderung einer internationalen Kollaboration für die Ausarbeitung eines Forschungsantrags. Im Mittelpunkt dieses Forschungsvorhabens steht der Entwurf und die Entwicklung eines kostengünstigen, portablen, robusten mikrofluidischem Systems zum Vorscreening und zur kontinuierlichen Beobachtung von Krankheiten anhand von Blutproben. Dieses medizinische Diagnosegerät wird mit Hilfe modernster Multiphysik-Simulationen speziell für rasche Vor-Ort-Diagnostik bei minimalem Verbrauch an Blutproben entwickelt. Die vom zu entwickelnden mikrofluidischen Biosensor erzeugten Ausgaben werden durch eine spezifische Android-basierte Smartphone-Umgebung erfasst, welche die aufgenommenen Signale für Analyse- und Diagnosezwecke entsprechend weiterverarbeitet.