Prävention & Therapie

Prävention & Therapie

Labor auf dem Chip und gezielte Dosierung von Medikamenten dank Mikropumpen

Anwendungen für Medizin und Gesundheit - Prävention & Pflege

Gezielte Wirkung, keine Nebenwirkungen – das ist das Ziel bei der optimalen Therapie mit Medikamenten. Auch die Untersuchung und Analyse von Zellen und Gewebeproben soll möglichst direkt vor Ort, schnell und effizient erfolgen. Die Mikropumpen des Fraunhofer IPMS bieten innovative Eigenschaften und Parameter, die sowohl für die gezielte Medikamentengabe als auch effiziente und dezentrale Laboruntersuchungen richtungsweisend sind.

Das im Siliziumchip integrierte mikrofluidische System kann Flüssigkeiten durch winzigste Kanäle pumpen, die gerade mal so groß wie ein menschliches Haar sind.  Wie im Bereich der Hearables und der Ultraschall-Gestensteuerung basiert das Funktionsprinzip der Mikropumpen des IPMS auf der Nano-e-Drive-Technologie. Unter Anlegen einer elektrostatischen Spannung verändert sich die Form der Biegeaktoren, sodass eine Pumpwirkung von kleinsten Gas- und Flüssigkeitsmengen ermöglicht wird.

Auf diese Weise können kleinste Flüssigkeitsmoleküle innerhalb eines Chip transportiert  werden. Ein „Lab on a Chip“ weist die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf und kann direkt vor Ort am Patienten verwendet werden. Damit bieten sich neuartige und revolutionäre Potentiale für die Point-of-Care-Diagnostik, die direkte und dezentrale Laboruntersuchung und -auswertung. Während Schwangerschaftstests und Blutzuckermessungen in diesem Feld als Vorreiter etabliert sind, können nun spezifische Werte aus den Proben weitaus sensitiver selektiert, analysiert und ausgewertet werden. Zukünftig soll es möglich sein, beispielsweise Herzinsuffizienzen oder eine Sepsis sofort zu erkennen und mit lebensnotwendigen Maßnahmen zu reagieren. Darüber hinaus können die mikrofluidischen Systeme für die optimale Dosierung von Medikamenten verwendet werden. Mit einer Größe von gerade einmal (2,4 x 0,3 x 0,9 mm)³ können nun Anwendungen adressiert werden, die durch unzureichende Leistungsdichte von Mikropumpen sowie fehlende Integrationskonzepte bisher nicht zu realisieren waren.

Die winzigen Pumpen können Medikamente direkt im Körper abgeben, so dass Neben- und Wechselwirkungen, wie sie bei der oralen Einnahme möglich sind, vermieden werden können. Zudem können die Therapeutika ohne invasive Injektion oder Infusion verabreicht werden. Die Dosierung kann individuell angepasst werden, so dass die Mikropumpen eine personalisierte, auf den Patienten abgestimmte Medikation ermöglichen. Durch die hohe Biokompatibilität der Materialien können die neuartigen Mikropumpensysteme ohne gesundheitliche Auswirkungen am Menschen implantiert werden und beispielsweise als autarke Mikro-Insulinpumpen verwendet werden. Darüber hinaus ist die die Ausleitung von Körperflüssigkeiten wie Lymphansammlungen ebenfalls über die mikrofluidischen Systeme realisierbar. Die NED-Mikropumpensysteme zeichnen sich gegenüber kommerziellen, zumeist piezoelektrischen, membranbasierten Mikropumpensystemen durch ihre geringe Leistungsaufnahme sowie ihre verbesserte Miniaturisierungs- und Integrationsfähigkeit aus.