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Bluthochdruck, Diabetes oder Parkinson behandeln

Aktive Implantate: Ultraschall versorgt sie drahtlos mit Energie
Bluthochdruck, Diabetes oder Parkinson behandeln

Prinzipieller Aufbau der ultraschallbasierten Energieversorgung und Kommunikation (Bild: © Fraunhofer IBMT)
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Aktive Implantate wirken lokal, haben weniger Nebenwirkungen als Medikamente und funktionieren wie der Körper selbst – durch elektrische Signale. Eine neue Technologieplattform versorgt solche Implantate via Ultraschall drahtlos mit Energie.

Aktive Implantate sind in der Lage, bestimmte Körperfunktionen eines erkrankten Menschen zu unterstützen und Funktionsstörungen zu kompensieren. Meist knapp unter der Haut eingepflanzt, können sie durch elektrische Stimulationen den Herzrhythmus kontrollieren (Herzschrittmacher), Sinneseindrücke unterstützen – zum Beispiel beim Retina- und Chochleaimplantat – sowie Prothesen steuern (Handprothese). Weitere komplexe Aufgaben der wenige Zentimeter großen Medizintechnik sind: Dosierung von Medikamenten oder Unterstützung des Knochenwachstums.

Im Mai 2016 schätzte das Marktforschungsunternehmen BBC Research den Markt für mikroelektronische medizinische Implantate auf 24,6 Milliarden US-Dollar und prognostizierte ein Wachstum auf 37,6 Milliarden US-Dollar bis 2021 – bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 8,8 %.
Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT in Sulzbach (Saarland) haben nun einen Demonstrator entwickelt, der aktive Implantate drahtlos via Ultraschall mit Energie versorgt. Die Technologie ist eine Alternative zur Energieversorgung mit Batterie und Induktion. Sie kommt platzsparend ohne integrierte Batterien aus und ist effizienter als eine induktive Energieübertragung: Ultraschallwellen dringen leichter durch das Metallgehäuse der Implantate als elektromagnetische Wellen – die Reichweite im Körper ist größer. Die Ultraschallwellen können auch Informationen bidirektional übertragen – zum Beispiel die Temperatur des Implantats oder Angaben zur Art und Stärke der elektrischen Stimulation.
Der als universal nutzbare Technologieplattform konzipierte Demonstrator kann für unterschiedlichste Anwendungen und Modellvarianten angepasst werden: Seine Stromversorgung funktioniert mit oder ohne Akku, er lässt sich für unterschiedlichste Anwendungen aktiver Implantate konfigurieren. Beispiele sind Volkskrankheiten wie Bluthochdruck, Diabetes oder Parkinson.
Die Forscher haben ein komplettes System entwickelt – den Sender außerhalb des Körpers und den Empfänger direkt im Implantat. Sie zeigen den Demonstrator – der die vorgegebenen Grenzwerte für Ultraschallbehandlungen am menschlichen Körper deutlich unterschreitet.
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