Mechatronisches System für Autoinjektoren

Injektor-Plattform für viele Anforderungen

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Entwicklungskompetenz | Flache Motoren, die für die Automobilindustrie in großer Stückzahl hergestellt werden, sind eines der Herzstücke in einer Plattform für medizinische Injektoren. Auf dieser Basis lassen sich verschiedene Geräte entwickeln, die Medikamente sicher und nach ärztlicher Vorgabe verabreichen.

Nicole Hillmayr
Fachjournalistin in Reutlingen

Bei der Entwicklung eines Autoinjektors müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Der Anwender braucht ein leicht bedienbares Gerät mit möglichst wenigen Ansatzpunkten für Fehlbedienungen. Die Injektion soll so wenig schmerzhaft sein wie möglich. Aber auch die zu verabreichenden Arzneien beeinflussen die Konstruktion – sie dürfen im Gerät, beim Mischen und beim Spritzvorgang keinen Schaden nehmen.

All das in die Tat umzusetzen, erfordert Fachwissen aus vielen Gebieten. Dieser Aufgabe hat sich die Schweizer Sonceboz S.A. gestellt, deren Schwerpunkt auf der Entwicklung und Herstellung mechatronischer Systeme für den Automobilbereich liegt. Von den Erfahrungen im Umgang mit solch komplexen Systemen für Fahrzeuge haben die Projektmitarbeiter profitiert und präzise und ausfallsichere Geräte für Injektionstherapien entwickelt. Die Idee zur hochintegrierten Plattform als Basis für verschiedene Injektortypen war von der Automobilindustrie inspiriert: Möglichst wenige Komponenten sowie identische Konstruktionselemente helfen auch in der Medizin, die Kosten zu senken und dennoch die erforderliche Qualität zu erreichen.

Mit Bluetooth-Chip schon
vorbereitet auf Digital Health

Das Gehirn der Plattformgeräte steckt in der Elektronik auf der Platine. Sie ist mit einem Mikroprozessor ausgestattet, der verschiedene Dosierungsarten ermöglicht. Damit die Geräte für Digital-Health-Anwendungen vorbereitet sind, wurde für den Datentransfer und die Information des Anwenders ein Bluetooth Low-Energy-Chip eingebaut.

Außer der Intelligenz muss der Injektor auch ein Pumpen- und Aktorsystem haben, um das Medikament unter die Haut eines Patienten applizieren zu können. Sonceboz hat sich hier für eine kleine Kolbenpumpe entschieden. Deren Antrieb sind geräuscharme Slimline-Stepper-Motoren. Sie werden ohne Verlötung direkt auf der Leiterplatte montiert. Durch die flache Bauform der Motoren bleiben die Geräte insgesamt sehr flach.

Die Last der Motoren wird im geschlossenen Regelkreis überwacht, wobei diese Anordnung eine Volumenstrompräzision von etwa ± 2 % erreicht. Da Sonceboz Slim-Line-Stepper-Motoren für diese und andere Anwendungen mit Stückzahlen von täglich 200 000 herstellt, sind sie
zu einem günstigen Preis verfügbar. Für die Entwickler war das von Vorteil, da sie ihre Lösung nicht um kostengünstige Motoren mit hohen Drehzahlen herum bauen mussten. Solche sind darüber hinaus lauter als es für ein Gerät wünschenswert ist, das ein Patient im privaten Umfeld nutzt.

Ablauf der Injektion ist variabel anpassbar

Das Zusammenspiel zwischen „Gehirn“, Antrieb und Pumpe ermöglicht es, die Parameter für die Injektion zu variieren. Das ist erforderlich wegen der Eigenschaften verschiedener Arzneimittel, wegen der Gegebenheiten des Marktes und wegen der Vorgaben des Mediziners für den einzelnen Patienten. Ärzte unterscheiden beispielsweise zwischen einer Bolusinjektion, bei der in kurzer Zeit eine definierte Menge eines Mittels gegeben wird, und einer Medikamentengabe, die nach vorher definierten Profilen über einen längeren Zeitraum erfolgt. Die von Sonceboz entwickelte Plattform kann beiden Vorgaben gerecht werden.

Bisher sind vor allem Autoinjektoren zu finden, die bis zu 2,25 ml verabreichen können. Für Medikamente aus der Biopharmazie, die häufig sehr viskos sind und auf ein größeres Volumen verdünnt werden müssen, kann diese Begrenzung problematisch werden. Der Large Volume Injector (LVI), der auf der Plattform von Sonceboz aufbaut, lässt sich mit vorgefüllten 6-ml-Glaskartuschen bestückten. Deren Inhalt kann als Bolusinjektion oder nach programmierten Profilen verabreicht werden.

Injektor übernimmt auch das Ansetzen des Medikamentes

Eine weitere Bauform auf Basis der Plattform ist ein Automatic Reconstitution Injector (ARI). Das Gerät ist in der Lage, gefriergetrocknete Wirkstoffe – die sich gut lagern lassen – mit einem Verdünnungsmittel zu mischen, um sie injizierbar zu machen. Das passiert im Gerät sicher, ohne Kontamination oder unvollständige Vermischung. Diese Injektoren helfen also, Anwendungsfehler zu vermeiden.

Auch das Zusammenstellen mehrerer biologischer Arzneimittel ist mit Hilfe der Plattform möglich. Dieser Trend zeichnet sich in der Krebsimmuntherapie ab. In der Regel werden solche Medikamente im Krankenhaus intravenös injiziert. Doch sind die Entwickler von Sonceboz überzeugt, dass neue, besser verträgliche Rezepturen mit modernen Geräten künftig auch subkutan verabreicht werden können.

Konstruktion der Plattform macht flexibel

Viele dieser Möglichkeiten hängen mit der Konstruktion der Plattform zusammen. Die Kolbenpumpe in den Injektoren legt ein Vakuum an den Primärbehälter mit dem Medikament an. Aus bis zu zwei Behältern kann auf diese Weise unabhängig voneinander das Medikament gefördert werden. Diese als Dual Cartridge Injector (DCI) bezeichnet Form ermöglicht es dem Patienten, komplexe Kombinationstherapien selbstständig zu verabreichen. Dazu injiziert der DCI zwei Medikamente nacheinander als Bolus oder in einer nach dem Bedarf programmierten Folge.

Abgesehen von den medizinischen Vorgaben kann ein tragbares Gerät mit zwei Behältern von Vorteil sein, wenn ein Medikament bereits in 3-ml-Kartuschen auf dem Markt zugelassen ist und eine neue Indikation oder ein aktualisiertes Lebenszyklusmanagement das doppelte Medikamentenvolumen erfordern. In diesen Fällen lassen sich die bewährten Behälter und ihre Befüllanlage weiterverwenden und in den DCI einsetzen.

Auch große Moleküle lassen sich applizieren

Die Pumpe besteht aus drei Teilen: einem Pumpenkolben, einem Ventilkolben und einem Pumpenzylinder. Der Ventilkolben wählt einen der Anschlüsse aus, um das Abpumpen an einem Anschluss und das Injizieren am anderen zu ermöglichen. Dabei wird in den Hauptmedikamentenbehältern ein Vakuum erzeugt und so die Flüssigkeit ohne Verwirbelungen schonend angesaugt, ähnlich dem Befüllen und Entleeren einer Spritze. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn die Medikamente empfindliche, großmolekulare Biologika enthalten.

Bei Bedarf lässt sich die Plattform mit vorgefüllten und vormontierten Behältern bestücken, wobei Sonceboz auch den Montageprozess übernehmen kann.

www.sonceboz.ch

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