Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung lokaler Konzentrationen von Essig- und Buttersäure im Dickdarm

Ziel der nachfolgenden Arbeit war es, eine schluckbare Kapsel zur Analyse der Konzentrationen von Essig- und Buttersäure im Dickdarm zu entwerfen und einen Demonstrator zu bauen. Diese Säuren, die zu den kurzkettigen Fettsäuren gehören (Short Chain Fatty Acids - SCFAs) haben einen wesentlichen Einfluss auf die Gesundheit des Darms und des gesamten Körpers. Bereits existierende und in Entwicklung befindliche Methoden zum Nachweis von SCFAs wurden recherchiert und analysiert. Eine neue Methode auf Basis einer Leitfähigkeitsmessung wurde mit einem selbst konstruierten Messgerät getestet. Im weiteren wurden existierende Kapseltechnologien analysiert und versucht eine Kapsel zur sterilen Probennahme zu entwickeln. Zwei Konzepte wurden entwickelt und Demonstratoren mithilfe von 3D-Druck gebaut. Das erste Konzept basiert auf Probennahme mithilfe von Osmose durch eine Sterilmembran. Das zweite Konzept basiert auf der hydrophilen Eigenschaft von Cellulose-Acetat Steril-Filterpapier und Probennahme durch den Kapillareffekt. Kommunikations- und Lokalisierungstechnologien für eine Kapsel wurden analysiert und ein einfacher Sauerstoffsensor auf Basis einer Screen Printed Electrode (SPE) getestet. Sowohl das Konzept mit der Probennahme durch Cellulose-Acetat Filterpapier, sowie der Sauerstoffsensor scheinen sehr vielversprechend. Zur Weiterentwicklung eines fertigen Produkts sind aber noch viele Tests notwendig und diverse Probleme zu lösen.
eng: The aim of the following work was to design a swallowable capsule for the analysis of concentrations of acetic and butyric acid in the colon and to build a demonstrator. These acids, which belong to short-chain fatty acids (SCFAs), have a significant impact on the health of the colon and the entire body. Existing and under-development methods for detecting SCFAs were researched and analyzed. A new method based on conductivity measurement was tested with a self-constructed device. Furthermore, existing capsule technologies were analyzed, and attempts were made to develop a capsule for sterile sample collection. Two concepts were developed, and demonstrators were built using 3D printing. The first concept is based on sample collection through osmosis using a sterile membrane. The second concept is based on the hydrophilic property of cellulose acetate sterile filter paper and sample collection through the capillary effect. Communication and localization technologies for a capsule were analyzed, and a simple oxygen sensor based on a Screen Printed Electrode (SPE) was tested. Both the concept with sample collection through cellulose acetate filter paper and the oxygen sensor seem very promising. However, many tests and various problems still need to be addressed for the further development of a finished product.