Mikrotechnik: Vom intelligenten Implantat bis zum Minilabor

Helfer im Verborgenen

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Mikrotechnische Komponenten und Systeme sind aus der Medizintechnik nicht mehr wegzudenken. Sie kommen in der minimal-invasiven Chirurgie und in der Diagnostik zum Einsatz – und finden immer wieder neue Anwendungsmöglichkeiten.

Ärzte nehmen mit Hilfe von Endoskopen minimal-invasive Eingriffe vor, Patienten gewinnen durch Prothesen ihre Bewegungsfähigkeit weitgehend wieder, und intelligente Implantate wie der Herzschrittmacher übernehmen lebenswichtige Funktionen im Körper – die meisten Innovationen in der Medizintechnik der letzten Jahre fanden im Feld der kleinen und kleinsten Systeme statt. Und ihre Entwicklung ist noch lange nicht beendet, weiß Joachim M. Schmitt, Geschäftsführer im Bundesverband Medizintechnologie (BVMed): „Der Fortschritt in der Medizintechnik verläuft immer rasanter – nicht zuletzt durch die Miniaturisierung, die durch die Mikrosystemtechnik, die Nanotechnologie und durch optische Technologien voran getrieben wird.“

Neue Diagnose- und Therapieverfahren sollen helfen, die Lebensqualität zu verbessern und die Behandlungsqualität zu steigern. Eine wichtige Rolle spielen dabei patientennahe und vernetzte Sensorsysteme und minimal-invasive chirurgische Technologien. „In der modernen Medizin wird der Einsatz dieser Verfahren zur Diagnostik und Therapie favorisiert“, bestätigt Dr. Peter Detemple vom Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (IMM). Das Unternehmen stellt Komponenten und Systeme für die Mikrochirurgie und Diagnostik her und hat beispielsweise die Vielfach-Mikroelektrodensonden entwickelt, die während der Operation die Aktivität von Gehirnzellen über einen weiten Bereich erfassen. „Dadurch können erkrankte Hirnregionen um ein Vielfaches schneller aufgespürt werden, als es mit den bisher verfügbaren Sonden möglich war“, so Dr. Detemple, der im IMM die Abteilung Mikrostrukturierung leitet. Die Sonden mit einer Länge von 340 mm und einem Durchmesser von nur 700 µm sind die Basis eines neuen Navigationssystems für die Hirnchirurgie, das erstmals die Möglichkeiten der Ortung mittels Mikroelektrodensonden mit bildgebenden Verfahren kombiniert.
Ein weiteres wichtiges Feld für Analytik und Diagnostik ist die Handhabung immer kleinerer Flüssigkeitsmengen. Die Anwendungen sind unterschiedlich: Sie umfassen einerseits so genannte Lab-on-chip-Systeme, andererseits Systeme zur Dosierung von Medikamenten, wie etwa das Mikrodosiersystem IntelliDrug. In der Mikrofluidik gibt es inzwischen eine Vielzahl von Komponenten, wie Ventile, Pumpen, und Sensoren.
Auch im menschlichen Auge sollen die Winzlinge künftig ihre Dienste leisten: Ein Sensor, den Forscher am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg entwickelt haben, soll bei erhöhtem Druck im Auge Alarm schlagen. „Wir integrieren den 2,5 mal 2,6 mm großen Sensor in die künstliche Augenlinse“, erklärt Thomas van den Boom, Gruppenleiter Biohybride Systeme am IMS, das Prinzip. Über eine kleine Antenne sendet das Implantat die Daten an ein Lesegerät, das sich im Bügel einer Brille befindet. Der Patient kann die Ergebnisse seines Augendrucks auf einem Zusatzgerät kontrollieren. Das Implantat ist in der klinischen Studie, in etwa zwei bis drei Jahren könnte es regulär zum Einsatz kommen.
Andere Entwicklungen folgen – nicht umsonst führt die Medizintechnik mit einem Anteil von 43,4 % die Liste der wichtigsten Zielbranchen für Mikrotechnikunternehmen in Europa an, gefolgt von der Telekommunika-tion und der Elektronikindustrie. Zu diesem Ergebnis kommt der Dortmunder Fachverband für Mikrotechnik IVAM in einer aktuellen Erhebung. Das Interesse von Hightech-Zulieferern, wie der Micro Mechatronic Technologies (MMT) AG, sich mit innovativen Produkten Marktanteile zu sichern, ist groß. Das Siegener Unternehmen hat mit der µ-Dosierspritzenpumpe eine Pumpe entwickelt, die Fördermengen zwischen winzigen 80 nl und 10 l pro Stunde ermöglicht. „Die Zauberformel, die es der Pumpe gestattet, diesen weiten Mengenbereich abzu- decken, heißt Mehrflutigkeit“, erklärt Willi Hempelmann, Vorstandsvorsitzender der MMT. Die Pumpen mischen bis zu drei Flüssigkeiten in einem festlegbaren Verhältnis. „Von Vorteil ist, dass der Pumpenteil zur Reinigung oder Sterilisation mit wenigen Handgriffen zerlegt werden kann“, so Hempelmann. Dazu benötigen mikrofluidische Systeme neue Fertigungstechnologien. Auf innovative Mikrofertigungstechniken setzt dabei die Paritec GmbH bei ihrem neuen Medikamentenvernebler eFlow. Für die Produktion des Zerstäubers werden medizintaugliche Klebeverbindungen mit unterschiedlichen Materialien wie Stahl, Piezokeramiken und Kunststoffen sowie ein Hochgeschwindigkeits-Laserbohrer eingesetzt.
Auch die Chirurgie profitiert von neuen Fertigungstechnologien: Am Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz Universität Hannover wurde ein Spritzgießverfahren entwickelt, mit dem Zahnräder und andere winzige Bauteile gegossen werden können. Solche Komponenten spielen in der Medizin eine immer größere Rolle: Millimetergroße Endoskope und Operationsinstrumente werden durch kleine Öffnungen in den Körper eingeführt, um präzise Eingriffe an Blutgefäßen oder im Gehirn durchzuführen. Dr.-Ing. Kai Möhwald, der die zuständige Arbeitsgruppe im IW leitet: „Entscheidend für den Erfolg der Mikrotechnik ist die Qualität der Bauteile. Material, Form und Oberflächen müssen hinsichtlich Belastbarkeit und Präzision höchste Anforderungen erfüllen.“
Weitere Informationen IVAM, Halle 8a, Stand F 29/H29 www.ivam.de IMM, Halle 8a, Stand F 29/H29 www.imm-mainz.de Paritec, Halle 8a, Stand F 29/H29 www.paritec.de www.micromechatronic.com www.ims.fraunhofer.de www.iw.uni-hannover.de www.bvmed.de
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