Mikrodosierung

Kleinste Mikropumpen ermöglichen implantierbare Lösungen zur gezielten Medikamentengabe und zur Muskelsteuerung durch Funktionsübernahme

Active Implants: Implantierbare Mikrodosiertechnik

Metall- und Silizium Mikropumpen für implantierbare Systeme

© Fraunhofer EMFT/Bernd Müller
© Fraunhofer EMFT/Bernd Müller
© Fraunhofer EMFT

Die an der Fraunhofer EMFT entwickelte Mikropumpe ist in ihrer Größe die einzige auf dem Markt erhältliche Pumpe, die die für implantierbare Anwendungen geforderte Spezifikationen erfüllt. Aktuelle implantierbare Lösungen bieten wenig Möglichkeiten für eine automatisierte Einschaltung und Dosierung sowie eine sichere Datenbearbeitung innerhalb von Closed-Loop-Systemen.

Sowohl die Metall- als auch die Siliziummikropumpe der Fraunhofer EMFT eröffnet für die Medizintechnik viele Anwendungsmöglichkeiten. Unterschiedliche Materialien und Größen der Mikropumpen ermöglichen implantierbare intelligente Therapien für chronische Erkrankungen mittels Medikamentenpumpen wie z.B. in der Tumor-, Diabetes- und Schmerztherapie sowie bei Harninkontinenz mittels hydraulischer Aktoren (Schließmuskel). Die langjährige Zusammenarbeit mit Industriepartnern zur Entwicklung einer künstlichen Bauchspeicheldrüse, einer intraokularen Glaukom-Therapie sowie eines künstlichen Sphinkters zeigt bereits erfolgreiche Ergebnisse.

In den oben genannten Therapiebereichen kann eine Fehldosierung tödlich sein. Deshalb müssen Hardware, Kommunikation und Regelgrößen fehlerfrei und widerstandfähig gegenüber Angriffen funktionieren. Mit der Zeit kann es zu einer Degradation der Pumpe und damit einhergehend zum Verlust der Dosiergenauigkeit kommen. Eine implantierbare Insulinpumpe muss jedoch jahrelang dieselbe Stabilität und Dosiergenauigkeit aufweisen, um Hypoglykämie sowie Hyperglykämie zu verhindern. Im Rahmen des Projektes wird die Belastung der Pumpe für mehrere Jahre in einem 4 monatigen Dauerversuch untersucht. Außerdem spielt die Interaktion zwischen Pumpe und Medium eine große Rolle, damit eine sichere Verwendung der Mikropumpe zum Transport von proteinhaltigen Körperflüssigkeiten auf lange Dauer gewährleistet werden kann. Das Denaturieren und Ablagern von Proteinen im Inneren der Pumpe oder an den Ventilklappen muss verhindert werden.

Ein weiteres Themengebiet ist eine Reduktion der Betriebsspannung der Mikropumpe, die bei der Nutzung von piezoelektrischen Scheibenaktoren im Allgemeinen recht hoch ist. Dazu werden mehrschichtige Piezoaktoren als Antrieb implementiert. Dadurch wird die Energieeffizienz der Elektronik bei gleicher Verformung und gleichbleibender Leistung verbessert und die Resistenz des Piezoaktores gegen Brüche erhöht. Ein weiterer Vorteil der niedrigen Ansteueramplitude: Es gibt bereits zugelassene Produkte in diesem niedrigen Spannungsbereich – somit können Nachweise einfacher erbracht werden.

Im Vergleich mit auf dem Markt verfügbaren Pumpen können die im Projekt entwickelten aktiven implantierbare Pumpen stabile, präzise und genaue Medikamentenmenge jahrelang sicher dosieren. Zudem bieten sie intelligente Lösungen zur automatisierten und ferngesteuerten Dosierung für ein individuelles Behandlungsprogramm, das an den Gesundheitszustand angepasst ist. Die künstliche Pankreas oder Glaukom-Pumpe kann Non-Compliance-Probleme lösen sowie die Lebensqualität steigern.   

 

Implantierbare Behandlung der chronischen Krankheiten

Diabetes

Derzeit haben etwa 425 Millionen Erwachsene weltweit Diabetes (IDF, 2017). Jedoch beitet der Markt aktuel keine implantierbare Insulinpumpen für Therapie von Diabetes Mellitus 

Harninkontinenz

Weltweit sind laut offiziellen Angaben etwa 200 Millionen Menschen von Inkontinenz betroffen. Künstliche Sphinkter auf dem Markt fordern manuelle Anschaltung der Pumpe im Skrotum auf

 

Glaukom

die Zahl der Menschen, die mit Glaukom leben, wird bis 2040 voraussichtlich auf über 111 Millionen ansteigen. Derzeit wird Medikamentengabe für Glaukom-Behanldung mit Hilfe der Augentropfen durchgeführt 

Weitere Projekte

Expertisen der gebündelten Forschungseinrichtungen ermöglichen Entwicklung der implantierbaren intelligenten Lösungen für Tumortherapie, Insulingabe, Schmertherapie etc.