IMMS mit drei Entwicklungen auf der MEDICA 2017

8.11.2017. Das IMMS präsentiert zur MEDICA vom 13. bis 16. November auf der Messe Düsseldorf ein mobiles Mikroelektronik-basiertes Testsystem zur Krebsfrüherkennung, Mikroelektronik zur Analyse wässriger Lösungen mittels passiver RFID-Sensorik und ein bionisches System zur Behandlung von Blindheit. Mit den Funktionsmustern und Prototypen macht das IMMS den aktuellen Stand seiner Arbeiten im Bereich Bioanalytik greifbar. Das Institut zeigt zudem Chip-Entwicklungen für die Medizintechnik, die in den epi-retinalen Systemen des Partners Pixium Vision bereits in klinischen Studien im Einsatz sind.

Für einige Krebsarten können Schnelltests direkt durch den behandelnden Arzt vorgenommen werden, unmittelbar Ergebnisse bereitstellen und zeit- wie kostenaufwändige Laboruntersuchungen sparen. Übliche Schnelltests arbeiten qualitativ und liefern als Befund Ja-Nein-Aussagen. Um Prostata- und Darmkrebs in einem sehr frühen Stadium feststellen zu können, entwickelt das IMMS Mikroelektronik, die im direkten Probenkontakt sehr geringe Antigen-Konzentrationen unterhalb von einem Nanogramm pro Milliliter misst. Das IMMS zeigt anhand des Funktionsmusters mit Live-Demos das Nachweisprinzip, auf dem die Entwicklungsarbeiten aufbauen.

Das IMMS präsentiert zur MEDICA einen passiven RFID-Mikroelektronik-Chip ohne eigene Stromversorgung. Dieser wird in wässrige Lösungen gegeben und misst dort Temperaturwerte, die von einer RFID-Ausleseeinheit erfasst und verarbeitet werden. Mit dem am IMMS entwickelten energieeffizienten Chip werden Messgrößen lediglich mit einer elektrischen Leistung von nur 3,5 Mikrowatt erfasst und digitalisiert. Damit könnte ein entsprechender Sensor aus einer Mignon-Batteriezelle mit einer typischen Kapazität von 1000 mAh mehr als zehn Jahre lang kontinuierlich betrieben werden. Eine Batterie ist dank dieser geringen Leistungsaufnahme jedoch überflüssig: Die RFID-Ausleseeinheit erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das dazu ausreicht, den passiven RFID-Chip durch Behälter und Flüssigkeiten hindurch in Abständen von bis zu vier Zentimetern mit Strom zu versorgen sowie Messdaten zu erfassen und zu senden. Das zur MEDICA für Temperaturdaten vorgestellte Prinzip für batterielose RFID-Sensorik wird derzeit am IMMS auf weitere Messgrößen übertragen.

Das IMMS hat einen biokompatiblen Mikroelektronik-Chip entwickelt. Dieser ist Teil eines Augenimplantats, mit dem Menschen, die aufgrund von Netzhautdegeneration erblindet sind, aber einen intakten Sehnerv haben, teilweise neu sehen lernen. Dazu tragen sie eine Brille mit integrierter Kamera, die Bilder der Umgebung aufnimmt. Diese werden durch die Pupille zum Netzhautimplantat übertragen. Dort übersetzt der IMMS-Chip die optischen Informationen in einen elektronischen Datenstrom. Dieser wird an einen Retina-Stimulator weitergegeben, der den Sehnerv anregt und im Gehirn eine visuelle Wahrnehmung hervorruft. Derzeit laufen europaweit klinische Studien, in denen Patienten mit diesem System innerhalb von Rehabilitationsprogrammen lernen, diese neue Wahrnehmung zu interpretieren. Das IMMS zeigt zur MEDICA die Systeme, mit denen die Patienten ausgestattet werden, und Videobeispiele aus den klinischen Studien mit Erfahrungsberichten von Patienten.

Der Schwerpunkt des IMMS im Bereich Life Sciences liegt in der Erforschung und Entwicklung von anwendungsspezifischen integrierten elektronischen Schaltkreisen (ASICs) und Sensorsystemen für die quantitative Vor-Ort- und In-vitro-Diagnostik sowie für therapiebegleitendes Monitoring. Die neuen Systeme werden künftig schnelle, zuverlässige, kosteneffiziente und automatisierte Point-of-Care-Tests u.a. für die Krebsfrüherkennung ermöglichen. Hierfür baut das IMMS auf seinen multiparametrischen Plattformen und auf kostengünstigen Standard-Fertigungsprozessen aus der Halbleiter-Elektronik (CMOS) auf. Die Forschung des Instituts konzentriert sich u.a. darauf, verschiedene Detektionsprinzipien für biologische und chemische Größen in einem elektronischen Sensorelement zu integrieren. Das IMMS arbeitet eng mit seinen Life-Sciences-Partnern zusammen, um die Systeme gemeinsam auf die Applikation anzupassen, beispielsweise durch spezielle Oberflächen-Funktionalisierungen, biokompatible Materialien und Packaging-Lösungen.

Das IMMS entwickelt Lösungen für raue Bedingungen und höchste Präzision. Es realisiert energieeffiziente, robuste und biokompatible elektronische Sensor- und Aktorsysteme. Diese können beispielsweise über Jahre in Implantaten oder auch in feuchten Umgebungen und in Flüssigkeiten Daten erfassen, verarbeiten und verschicken. Darüber hinaus entwickelt das Institut Hochpräzisionsantriebe. Diese werden in der Medizintechnik eingesetzt und mit ihnen lassen sich Biotech-Produkte nanometergenau und partikelfrei herstellen.