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© ifw dresden Elektronikproduktion | 14 Dezember 2015

Smart und mini: Innovationen für die Medizintechnik

Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden und der TU Chemnitz forschen an dünnen Nanomembranen, die sich selbst zu Mikro- und Nanoröhren aufrollen.

Die neuesten Ergebnisse zeigen das enorme Innovationspotential dieser ultradünnen, biegsamen und kostengünstig herzustellenden Röhrchen für die Medizintechnik: als Antennen für Implantate, als Sensoren in der neurologischen Diagnostik und als Wundverband für Nervenfasern. Derzeit entsteht in Chemnitz ein neues Forschungsgebäude: das Zentrum für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN), in dem diese Forschungsarbeiten aufgegriffen und weiterentwickelt werden sollen. Dünne Schichten, die sich selbst zu Röhrchen aufrollen, sich mit großer Präzision selbstorganisiert auf Chips anordnen und als integrierte Bauelemente vielerlei Funktionen ausüben – das ist das Metier von Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Direktor des Instituts für Integrative Nanowissenschaften des IFW Dresden und Professor für Materialsysteme der Nanoelektronik an der TU Chemnitz. In seinen jüngsten Arbeiten wird das enorme Innovationspotential dieser aufgerollten Strukturen in der Medizintechnik offenbar. „Die Kernidee beruht auf der Kombination flexibler Polymermembranen und verschiedener metallischer bzw. magnetischer Dünnschichten“, erklärt Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, „Diese Synergie eröffnet völlig neue Horizonte und erlaubt die Gestaltung einer faszinierenden Klasse von Sensoren, Antennen und integrierten Schaltkreisen mit einer neuartigen Funktionalität der Verformbarkeit.“ Smarter Wundverband für Nervenzellen Selbstorganisiert aufgerollte Mikroröhrchen mit integrierter Elektronik könnten als Wundverband für defekte oder heilende Nervenstränge dienen. Möglich wird das durch die Kombination von mechanisch flexibler Elektronik mit sogenannten stimuli-responsiven Materialien. Dies sind Polymere, die auf spezifische Anregungen mit reversiblen Formveränderungen reagieren können, indem sie zum Beispiel anschwellen, sich verdrehen, verlängern oder krümmen. Der Prototyp einer solchen Nervenmanschette wurde am IFW Dresden entwickelt. Sie besteht aus einem Hydrogel-Mikroröhrchen als stimuli-responsivem Material, das mit flexiblen elektronischen Bauelementen in Form eines Verstärkers und einer Logikeinheit auf der Basis von Gallium-Zink-Oxid-Transistoren ausgestattet ist. Die Formveränderungen können von außen über die Temperatur, die Zusammensetzung der Lösung oder den pH-Wert manipuliert werden. Die elektronischen Bauteile behalten dabei ihre volle Funktionalität, egal ob die Manschette plan, gebogen oder zu einem Röhrchen aufgerollt ist. Dabei werden Durchmesser von ca. 50 Mikrometern erreicht, was der Größenordnung von Nervenfasern entspricht. Die Möglichkeit, die Manschetten durch äußere Einflüsse zu öffnen und zu schließen, macht ihre Anwendung als Verband für Nervenzellen zwecks Regeneration, Überwachung oder Stimulierung besonders attraktiv. Antennen für smarte Implantate Ein weiteres Anwendungsfeld aufgerollter Strukturen ist der Einsatz als miniaturisierte biokompatible Antennen, die Informationen zu physiologischen Prozessen wie z.B. zur Wundheilung erfassen, bewerten und an den Arzt oder den Patienten selbst senden. Prof. Oliver G. Schmidt und seine Kollegen haben für diese Anwendung spiralförmige Antennen entwickelt. Sie haben einen Durchmesser von nur 0,2 Millimeter und sind 5,5 Millimeter lang. Damit können die Spiralantennen auf einfache Weise mit üblichen Spritzen implantiert werden. Sie arbeiten im Frequenzband von 5,8 und 2,4 GHz und weisen die in der Elektrotechnik übliche Impedanz von 50 Ohm auf. Die Forscher konnten zeigen, dass die Signalübertragung zwischen einzelnen Antennen und zwischen Antenne und Smartphone zuverlässig funktioniert. Der Innovationsdrang im medizinischen Bereich ist nie wirklich abgeebbt. Wir sind nur an einem Punkt angekommen, in dem wir, die Nutzer dieser Innovationen, diese nicht mehr wirklich wahrnehmen. Auf der TEC München 2016, welche am 26. Januar 2016 in Unterschleißheim stattfinden wird, wird Michael Freitag von Kemet Electronics GmbH implantierbare Elektronik etwas genauer beleuchten. Was ist beim Erstellen einer implantierbaren Anwendung zu beachten? Haben die Kondensatoren Größenbeschränkungen? Hat Ihre Anwendung direkt oder indirekt mit der medizinischen Bildgebung zu tun? Vielleicht wird auch eine Ihrer Fragen beantwortet. Noch nicht als Besucher angemeldet? Folgen Sie einfach diesem Link. Eine Anmeldung dauert nur 2 Minuten.
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2019.08.06 20:55 V14.1.1-2