Miniaturisierte Drucksensoren sollen physiologische Veränderungen langfristig direkt im Körper erfassen und Messdaten drahtlos übertragen. Das Fraunhofer IMS arbeitet an einer neuen, besonders kompakten Sensorgeneration für intelligente Implantate – und zeigt die Technologie auf der COMPAMED 2026.
Implantate könnten künftig nicht nur therapeutische Funktionen übernehmen, sondern kontinuierlich Daten aus dem Körper liefern. Das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg entwickelt dafür eine neue Generation hochpräziser Drucksensoren. Sie sollen kleinste Druckveränderungen erfassen, energieeffizient arbeiten und Messwerte kabellos nach außen übertragen. Mögliche Anwendungen reichen von der Überwachung des Hirn- und Augeninnendrucks bis zu Messungen im Blutkreislauf. Der Vorteil implantierbarer Sensoren liegt vor allem darin, physiologische Veränderungen über längere Zeiträume zu verfolgen, statt lediglich einzelne Messpunkte bei einer Untersuchung zu erfassen.
Sensor und Elektronik auf engem Raum
Die Drucksensoren des Fraunhofer IMS basieren auf mikromechanischen Strukturen, die mit elektronischer Signalverarbeitung kombiniert werden können. Aktuell arbeitet das Institut an einer nochmals kompakteren Generation, die hohe Messgenauigkeit, niedrigen Energieverbrauch und eine möglichst kleine Bauform zusammenführen soll. Für Implantate ist gerade der Energiebedarf entscheidend. Das Fraunhofer IMS entwickelt seine Sensorik deshalb für telemetrische Systeme, bei denen Messwerte drahtlos ausgelesen werden können. Je nach Anwendung lassen sich Sensor, Signalverarbeitung und Kommunikation in anwendungsspezifischen Schaltungen kombinieren. Perspektivisch sollen solche Systeme nicht allein Daten liefern. Das Institut arbeitet an sogenannten Closed-Loop-Implantaten, bei denen Sensoren physiologische Parameter erfassen und die Informationen direkt für eine therapeutische Reaktion genutzt werden könnten. Dazu wären zusätzlich Aktoren, integrierte Datenverarbeitung, sichere Kommunikation und eine zuverlässige Energieversorgung erforderlich.
Vorläufer bereits in zugelassenen Implantaten
Dass die Drucksensorik nicht nur im Labor funktioniert, zeigen frühere Entwicklungen des Instituts. Gemeinsam mit Christoph Miethke und Aesculap entwickelte Fraunhofer IMS beispielsweise einen telemetrisch auslesbaren Sensor für Hydrocephalus-Shunts. Das Implantat misst Druck und Temperatur in der Hirnflüssigkeit. Ärzte können die Werte mit einem Handlesegerät von außen auslesen, ohne dafür eine zusätzliche invasive Messung durchführen zu müssen. Das Sensorsystem ist CE-zugelassen. Auch für die kontinuierliche Erfassung des Augeninnendrucks wurde gemeinsam mit Implandata Ophthalmic Products ein telemetrisches Sensorsystem bis zur Serienreife entwickelt. Solche Vorläufer zeigen, dass miniaturisierte Drucksensoren prinzipiell bereits in klinisch einsetzbare Implantate überführt werden können. Die auf der COMPAMED vorgestellte kompaktere Sensorgeneration selbst ist davon zu unterscheiden: Sie befindet sich noch in der Entwicklung und ist nicht als neues zugelassenes Medizinprodukt angekündigt.
Dünne Beschichtungen sollen Implantate schützen
Eine zweite Herausforderung implantierbarer Elektronik ist die langfristige Stabilität im Körper. Feuchtigkeit und biologische Reaktionen können empfindliche Mikroelektronik beeinträchtigen. Gleichzeitig erschweren klassische Gehäuse aus Metall oder Keramik die weitere Miniaturisierung. Fraunhofer IMS setzt deshalb unter anderem auf Atomic Layer Deposition (ALD). Bei dem Verfahren werden sehr dünne und gleichmäßige Materialschichten aufgebracht, die auch komplexe dreidimensionale Oberflächen und Hohlräume beschichten können. Solche Schichten sollen Mikrosensoren schützen und gleichzeitig sehr kompakte Implantate ermöglichen.
Auf der COMPAMED vom 16. bis 19. November in Düsseldorf zeigt das Fraunhofer IMS neben der Implantatsensorik auch einen neuen Einzelphotonendetektor für biophotonische Anwendungen sowie ALD-Beschichtungstechnologien. Zu sehen sind die Entwicklungen am IVAM-Gemeinschaftsstand in Halle 8A.
Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS ►
