Eine Handkurbel-Zentrifuge aus Taiwan bestimmt die Blutgruppe aus drei Mikrolitern Blut und liefert zugleich einen wichtigen Wert über die roten Blutkörperchen. Der Test mit dem Prototyp dauert etwa eine Minute und lieferte bei Klinikproben vielversprechende Ergebnisse für den geplanten Einsatz fern großer Labore. Sein wichtigstes Bauteil ist ein winziger Spalt, der aus einer kaum sichtbaren Reaktion ein ablesbares Signal macht.
Drei Mikroliter Blut reichen einer Handkurbel-Zentrifuge der National Taiwan University, um die Blutgruppe zu bestimmen und den Hämatokrit abzuschätzen. Dahinter steht das Team um den Mechanikprofessor Chien-Fu Chen und Erstautor Yuh-Shiuan Chien, das einen Kunststoffchip mit einem Handantrieb verbindet. Die in Biosensors and Bioelectronics beschriebene Plattform trägt den Namen hpFuge. Ihr Ansatz verlegt die eigentliche Analyse in feine Kanäle, deren Form und Oberfläche die Blutprobe durch den Test führen.
Nach einem Fingerstich gelangt die Probe auf die kleine Platte, die der Anwender über eine seitliche Handkurbel in Bewegung setzt. In der veröffentlichten Geräteskizze übertragen Zahnräder die Drehung auf eine senkrechte Achse, an deren oberem Ende der Chip sitzt. Für den eigentlichen Messablauf nennt die National Taiwan University ungefähr eine Minute. Das Ergebnis lässt sich anschließend direkt am Testträger ablesen, ohne einen elektrischen Detektor oder einen Bildschirm zu benötigen.
Im Chip sind getrennte Wege für die Merkmale A, B und Rh vorgesehen, die bereits passende Reagenzien enthalten. Treffen diese auf die gesuchten Eigenschaften der roten Blutkörperchen, verbinden sich die Zellen zu kleinen Verbänden, einer sogenannten Agglutination. Am Ende des jeweiligen Wegs entsteht ein rotes Band; seine Position liefert die Information über die untersuchte Eigenschaft. Eine solche optisch ablesbare Reaktion hatte Chens Gruppe bereits in einem früheren Mikrofluidik-Chip genutzt, der mit Anti-A-, Anti-B- und Anti-D-Antikörpern arbeitete.
Beim Ablesen ordnet der Anwender das Reaktionsmuster den untersuchten Zelloberflächen zu, auf denen die sogenannten Antigene als Erkennungsmerkmale sitzen. A und B unterscheiden die entsprechenden Hauptgruppen; gemeinsam ergeben sie AB, während ihr Fehlen zur Gruppe 0 gehört. Für den üblichen Zusatz positiv oder negativ prüft das Verfahren das D-Antigen des Rhesussystems, dessen Bedeutung der britische Blutspendedienst NHS Blood and Transplant erläutert. Gezielt ausgewählte Antikörper machen damit Unterschiede sichtbar, die sich an der äußeren Farbe einer gewöhnlichen Blutprobe allein nicht erkennen lassen.
Am Kanalausgang trennt ein Mikroschlitz einzelne Erythrozyten von den größeren Zellverbänden: Unverklumpte Zellen können passieren, zusammenhängende bleiben davor hängen. So wird aus einer Reaktion zwischen unsichtbar kleinen Oberflächenmerkmalen eine mit bloßem Auge erkennbare Ansammlung. Die roten Zellen selbst liefern dabei die Farbe für das Signal, während die Engstelle ihre räumliche Grenze festlegt. Für den Vorläufer beschrieben die Entwickler außerdem, dass unterschiedliche Bluteigenschaften die Länge der angesammelten Zellstreifen verändern, darunter Blutgruppenuntertypen und ein veränderter Zellanteil.
Gewundene Kanäle verlängern im neuen System die Zeit, während der die Zellen mit den Reagenzien in Kontakt bleiben. Das Team variierte dafür Kanallänge, Krümmungsradius und Tiefe, um Mischung, Flüssigkeitstransport und Ablesbarkeit aufeinander abzustimmen. Im beschriebenen Versuchsaufbau drehte sich die Probenplattform mit etwa 3.000 Umdrehungen pro Minute um ihre eigene Achse. Bei unterschiedlichem Kurbeltempo blieben die Messwerte in den Versuchen vergleichbar, berichtet die Universität über die Erprobung des Handantriebs.
Für den Hämatokrit liest der Anwender die Länge des entstandenen Bandes an einer Skala ab, die auf dem Chipdeckel sitzt. Zwischen Zellanteilen von zehn bis sechzig Prozent verlief der Zusammenhang annähernd linear; das Bestimmtheitsmaß betrug R² = 0,99. Beim Vergleich mit automatischen Klinikgeräten lag die mittlere Abweichung bei 0,126 Prozentpunkten, die statistischen 95-Prozent-Übereinstimmungsgrenzen reichten von −0,63 bis +0,88 Prozentpunkten. Bei den getesteten Proben passten nach Angaben der Universität auch die abgelesenen Blutgruppen zu den Ergebnissen der Klinikverfahren.
Mit dem angezeigten Zellanteil erhält das Personal einen Hinweis auf die roten Blutkörperchen, die Sauerstoff durch den Körper transportieren. Bei einem beispielhaften Hämatokrit von 42 Prozent entfällt dieser Anteil des Blutvolumens auf die roten Zellen; den übrigen Raum füllen vor allem Plasma und weitere Bestandteile. Niedrige Werte können unter anderem bei Blutarmut vorkommen, während Flüssigkeitsmangel den Anteil ansteigen lassen kann. Die US-amerikanische National Library of Medicine nennt zudem Alter, Geschlecht und Aufenthalt in großer Höhe als Einflussgrößen, die bei der Beurteilung berücksichtigt werden.
Chens Arbeitsgruppe hatte zuvor eine Handzentrifuge nach dem Vorbild eines kleinen Ventilators entwickelt und die Lüfterflügel durch eine Probenplattform ersetzt. Die im 3D-Druck gefertigte Handfuge bereitete Blut zunächst für einen weiteren Analyseschritt auf, indem sie die flüssigen von den zellulären Bestandteilen trennte. Anschließend kam das gewonnene Plasma auf einen Papiertest für Troponin I, einen Marker zur Untersuchung möglicher Herzmuskelschäden. Diese frühere Konstruktion bearbeitete damit vor allem die Frage, wie sich Proben ohne elektrischen Motor für weitere Tests vorbereiten lassen.
Bei einem weiteren Gerät namens tFuge diente eine Spieluhr als Vorbild, deren Mechanik eine gleichmäßige Bewegung ermöglicht. Ein Antrieb mit konstantem Drehmoment sollte Unterschiede zwischen den Anwendern ausgleichen; die Studie berichtete vergleichbare Resultate bei verschiedenen Bedienern. Hier setzten sich rote Blutzellen in Röhrchen ab, und eine aufgedruckte Skala erlaubte das Ablesen des Zellanteils. Für ihren eigenen Messablauf benötigte die halbautomatische tFuge weniger als vier Minuten und verfolgte damit einen anderen technischen Ansatz als der neue Chip.
Vor einer regulären Bluttransfusion untersucht das Labor zusätzlich, ob sich im Plasma des Empfängers Antikörper gegen weitere Merkmale fremder roter Blutkörperchen befinden. Bei der sogenannten Kreuzprobe wird anschließend geprüft, ob ein ausgewähltes Blutprodukt zum vorgesehenen Empfänger passt. Der Blutspendedienst Canadian Blood Services beschreibt außerdem die Gegenprüfung der ABO-Gruppe mit bekannten Testzellen, deren Befund zur Untersuchung der Patientenzellen passen muss. Eine schnelle ABO/Rh-Typisierung beantwortet in diesem Ablauf nur einen Teil der Fragen, die vor der Gabe von Spenderblut zu klären sind.
Über die geläufigen Bezeichnungen hinaus existieren zahlreiche weitere Blutgruppenmerkmale, deren Kombination für die Auswahl geeigneter Spenderzellen wichtig werden kann. Besonders deutlich wird das bei seltenen Blutgruppen, für die passende Konserven schwer zu finden sind. Aus einer kleinen Zahl erfolgreich untersuchter Klinikproben folgt deshalb noch keine verlässliche Aussage über sämtliche ungewöhnlichen Reaktionsmuster. Für eine breitere Prüfung wären gezielt ausgewählte schwierige Proben sinnvoll, bei denen etablierte Laborverfahren zusätzliche Untersuchungen benötigen.
Auch beim Einschätzen einer Verletzung zählt der Verlauf: Ein anfänglich normaler Hämatokrit kann eine frühe schwere Blutung verdecken. Die europäische Leitlinie zur Versorgung schwerer Blutungen nach Trauma empfiehlt deshalb wiederholte Messungen von Hämoglobin beziehungsweise Hämatokrit. Infusionsflüssigkeit und Flüssigkeitsverschiebungen im Körper können die Werte verändern, sodass Ärzte sie zusammen mit den übrigen Befunden beurteilen. Für ein mobiles Messgerät wäre damit auch interessant, wie zuverlässig es Veränderungen bei aufeinanderfolgenden Proben desselben Patienten erfasst.
Rettungswagen, Katastrophengebiete und abgelegene Versorgungseinrichtungen nennt die Universität als mögliche Einsatzorte, an denen große Analysegeräte oft schwer verfügbar sind. Chen verfolgt dabei das Ziel, wichtige Untersuchungen näher an Ersthelfer zu bringen und die erforderliche Spezialausbildung zu verringern. Wie gut das außerhalb kontrollierter Versuche gelingt, müsste sich an tatsächlich ungeschulten Anwendern und unter wechselnden Umgebungsbedingungen zeigen. Dabei wären auch schlecht erkennbare Bänder, Fehler beim Befüllen und der Anteil notwendiger Wiederholungen relevante Messgrößen für die praktische Nutzbarkeit.
Zur mobilen Diagnostik gehört außerdem eine verlässliche Probenentnahme, an der andere Gruppen mit eigenen technischen Ansätzen arbeiten. An der ETH Zürich entstand beispielsweise ein Verfahren zur Blutentnahme mit Mikronadeln, bei dem ein kleiner Saugnapf nach dem Vorbild eines Blutegels Unterdruck erzeugt. Verborgene Stahlnadeln punktieren die Haut, während sich Blut in einem Sammelraum ansammelt, der für anschließende Untersuchungen vorgesehen ist.
Für eine Feldstudie wäre zusätzlich wichtig, über wie viele Monate vorbereitete Chips unter wechselnden Außentemperaturen einsatzfähig bleiben. Ein Rettungsdienst müsste Verbrauchsmaterial bevorraten können, ohne bei jeder gelagerten Charge eine veränderte Reaktion der Antikörper zu riskieren. Neben der Haltbarkeit wären deshalb klar erkennbare Kontrollen für einen gültigen Test ein konkreter Prüfpunkt auf dem Weg zum praktischen Einsatz.
Biosensors and Bioelectronics, Hand-powered micro-slit–gated microfluidics for concurrent blood typing and hematocrit estimation; doi:10.1016/j.bios.2026.119215
ACS Sensors, A Multifunctional Microfluidic Device for Blood Typing and Primary Screening of Blood Diseases; doi:10.1021/acssensors.0c00969
ACS Sensors, Music Box-Inspired Semi-Automatic Hematocrit Validation Device; doi:10.1021/acssensors.3c00129
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