Milchfieber frühzeitig erkennen: Durchbruch für Tiergesundheit und Landwirtschaft dank 3D-Druck

Ein weitverbreitetes Problem in der Landwirtschaft, das erhebliche wirtschaftliche und gesundheitliche Folgen für Kühe und Betriebe haben kann, ist das Milchfieber. Insgesamt betrifft dieses rund 80 % der Kühe und 25 % der Erstkalbinnen und ist auch bekannt als Hypokalzämie. Hierbei handelt es sich um eine Stoffwechselkrankheit, welche vor allem bei laktierenden Kühen auftritt und zur Reduzierung des Calciumspiegels im Blut der Kühe führt, wodurch lebenswichtige Funktionen wie die Muskel- und Nervenaktivität beeinträchtigt werden. Aber auch die Milchproduktion wird verringert, wodurch die Krankheit wirtschaftliche Verluste von bis zu 290 US-Dollar pro Milchkuh verursachen kann. Für Landwirte war es bisher schwierig, Milchfieber zu diagnostizieren, da oftmals keine typischen Symptome erkennbar sind. Das soll sich nun aber ändern, da ein Wissenschaftlerteam der Virginia Tech mittels additiver Fertigung einen Sensor entwickelt hat, der Milchfieber in nur zehn Sekunden erkennen soll – eine nachhaltige Lösung für die Landwirtschaft und die Gesundheit der Tiere.
Die Aufgabe des Sensors ist es, die Konzentration von Calcium und Phosphat in Milchproben der Kühe zu messen. Hergestellt wurde dieser hierfür mittels der Polymerharz-3D-Drucktechnologie, die aufgrund kostengünstiger Produktion und Flexibilität gewählt wurde. Der Produktionsprozess umfasste das Schicht-für-Schicht-Drucken, UV-Aushärtung zur Bildung mikroskopischer Oberflächenstrukturen und eine Goldbeschichtung mittels e-Beam-Verdampfung. Die mikroskopisch gewellte Oberfläche ermöglicht eine hohe Empfindlichkeit, und die Sensorstruktur umfasst insgesamt drei Elektroden, von denen zwei als Arbeitselektroden dienen. Diese wurden mit ionenselektiven Membranen für Calcium und Phosphat beschichtet. Besonders wichtig ist, dass der Sensor die Ionen-Konzentration im attomolaren Bereich, also 38 aM für Calcium, erfassen kann. Das ermöglicht, bereits geringe Anzeichen von Milchfieber zu erkennen, bevor stärkere Symptome auftreten können.

Der 3D-gedruckte Sensor kann problemlos in Melksysteme integriert werden und bietet eine schnelle sowie genaue Analyse von Calcium- und Phosphatwerten in Milchproben, um Milchfieber frühzeitig zu erkennen. (Bild: School of Animal Sciences, Virginia Tech, Blacksburg, USA)
Zusammenfassend bringt der 3D-gedruckte Sensor viele Vorteile mit sich, darunter vor allem sein Preis, denn traditionelle Diagnoselösungen sind oft teuer und kompliziert in der Handhabung. Der neue Sensor kann hingegen in nur zwei Stunden mit minimalem Ressourceneinsatz produziert werden, und bei seiner Verwendung sind keine Fachkenntnisse nötig. Außerdem trägt er zu einer nachhaltigen Tierhaltung bei, da er die Gesundheitsüberwachung von Kühen fördert und so schnelle und präzise Diagnosen vor Ort ermöglicht. Gleichzeitig werden natürlich auch wirtschaftliche Verluste minimiert und darüber hinaus bietet der Sensor die Möglichkeit zur Erweiterung, beispielsweise zur Messung unterschiedlicher Biomarker in Milchproben, um auch andere Tierkrankheiten feststellen zu können. Mehr über das Projekt erfahren Sie HIER.
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