3-2013

MST-Regionalkonferenz
Mikrosystemtechnik
in der Medizin
Dr. Frank Bartels, Bartels Mikrotechnik
GmbH, Dortmund berichtete
unter dem Titel „Mikrosystemtechnik
in der Medizin: Anwendungen
und Potentiale bei extrakorporalen
Anwendungen“ über
die Einsatzmöglichkeiten neuer
Sensorsysteme außerhalb des
Körpers. Er begann mit einem
Überblick der Anwendungsgebiete,
in denen der Einsatz von
Sensoren denkbar ist:
1. medizinische Technik
• Drug delivery
• Katheter
• Inhalationssysteme
• Zell-Handling, - Kultivierung
• high throughput Screening
2. Diagnostische Systeme
• Blutzucker
• Antikörperstatus
• Laktat
• Blutfette
• PCR
3. Assistenzsysteme
• Orientierungshilfen
• Handreichungen mittels Roboter
• Smart Reha-Tec: Intelligenter
Rollstuhl, - Rollator, intelligente
Gehstütze
• smart Pharma packaging
• Unterstützung der Sinnesorgane/Ersatz
4. Überwachungssysteme
• Belastungssensoren
• Aktivitätsüberwachung
Die jetzige Vielseitigkeit der
Sensoren ist erst durch unterstützende
Technologien möglich
geworden. Ein Beispiel ist
das Mikrospritzguss-Verfahren,
womit sehr kleine Teile präzise
hergestellt werden können.
Weitere Technologien, die Größe,
Herstellung und Preis der Sensoren
beeinflussen, sind:
• Silizium-MEMS-Sensorik
• printed electronic
• papierbasierte Mikrofluidik
• Energy Harvesting
• smart home/ grid,
• intelligente Messtechnik
Beispiele aus dem
Bereich der medizinische
Technik
Drug delivery wird beispielsweise
in der Krebsbehandlung
zur Dosierung der Medikamente
angewandt. Hier kommen Mikropumpen
zum Einsatz, die kleinste
Mengen Flüssigkeiten fördern. Die
Mikropumpe mp6 der Firma Bartels
ist ein Beispiel für eine Piezomembranpumpe
mit spritzgegossenem
Pumpenkörper in
den Abmessungen 30 x 15 x
3,8 mm. Sie ist fast vollständig
aus Kunststoff hergestellt, was
eine kostengünstige Produktion
in hohen Stückzahlen zulässt.
Das Herzstück der Pumpe ist
das Doppelaktorsystem, das die
intrinsische Regelung ermöglicht.
Die Umkehrbarkeit des Piezoeffektes
kann sowohl für die Aktuation
als auch als Sensor genutzt
werden. Der zweite Aktor arbeitet
abwechselnd im Pump- und
Sensorbetrieb.
Katheter
Herkömmliche Katheter hatten
den Nachteil, dass der Druck z.B.
bei Berührung der Gefäßwand
nicht gemessen werden konnte
und so Verletzungen nicht auszuschließen
waren. Heute sind
Katheter mit Drucksensoren ausgestattet,
die bei zu hohem Druck
warnen. Eine weitere Verbesserung
für den Arzt und den Patienten
sind Produkte mit einer
bipolaren Greifzange. Jetzt können
beispielsweise während einer
Untersuchung gleich Proben entnommen
oder kleine Operationen
durchgeführt werden.
Zellhandling,
Zellsortierung
Neuigkeiten können auch auf
dem Gebiet Zellhandling, Zellsortierung
präsentiert werden:
Beispielsweise gelang die Züchtung
von Ohrzellen. Zur Herstellung
einer Ohrprothese wurde
im ersten Schritt ein Ohr ausgedruckt
und anschließend mit Zellen
bepflanzt, die sich im Labor
vermehrten, bis eine Ohrprothese
entstand. Sie ist gut verträglich,
weil sie aus Patientengewebe
besteht.
Elektrowetting
Wassertropfen können durch
das Anlegen elektrischer Felder in
eine bestimmte Richtung bewegt
werden. Sie lassen sich beispielsweise
einzeln abtrennen, was
eine sehr geringe Dosierung ermöglicht.
Elektrowetting findet bei
der Produktion individueller Pharmaka
Anwendung. Hier geht es
nicht um Massenproduktionen,
sondern um sehr geringe Dosen.
Das Ziel ist es, für jeden Patienten
maßgeschneiderte Medikamente
produzieren zu können.
Dies senkt die Medikamentendosis
und erhöht die Effizienz. Um
diese geringen Dosen handhaben
zu können ist E-jetting notwendig.
Dabei wird eine Mikropumpe mit
einer Dosiernadel verbunden. Ein
elektrisches Feld wird angelegt.
So ist es möglich, kleinste Mengen
zu dosieren.
Assistenzsysteme
Putzroboter und Roboter in der
Altenhilfe sind ja bereits bekannt,
aber es gibt noch andere Assistenzsysteme,
die vielfältige Einsatzmöglichkeiten
für Sensoren
bieten. Ein Beispiel ist die intelligente
Verpackung. Sie speichert,
wie oft während eines Zeitraums
Medikamente entnommen werden.
Hat der Patient bereits die
Höchstdosis verbraucht, wird eine
Warnung angezeigt. So soll eine
Überdosierung von Medikamenten
verhindert werden.
Eine weitere Erfindung ist der
intelligente Rollator. Er besitzt
jetzt elektrische Bremsen, die das
Gehen bergab unterstützen. Weitere
Sensoren warnen die Senioren
vor sich nähernden Objekten
und zeigen die Ausweichrichtung
an. Zusätzlich ist er mit einem
Navigationssystem ausgestattet,
dass den Anwender mittels
angezeigter Pfeile wieder nach
Hause bringt.
Fazit
Es gibt bereits die unterschiedlichsten
Sensoren auf dem Markt.
Wenn man aus diesen Produkten
neue Kombinationen bildet, ergibt
sich eine große Anzahl neuer
Anwendungen. Außerdem sind
noch viele bis jetzt unberücksichtigte
Einsatzgebiete der Mikrosystemtechnik
denkbar. Hierzu ein
Zitat von Dr. Bartels:“ Das Potential
ist nur beschränkt durch unsere
Applikations-Kreativität. Momentan
ist es wie eine nicht gehobene
Schatzkiste.“ ◄
8 meditronic-journal 3/2013