Strom für ein schlagendes Herz: Deutsche Forscher finden innovative Lösungen für eine neue Generation von Herzschrittmachern
Während akkubetriebene mobile Geräte unsere moderne Kommunikation bestimmen, ist die begrenzte Lebensdauer von Akkus in medizinischen Anwendungen, wie Implantate und Sensoren, die für einen mehrjährigen Verbleib im menschlichen Körper entwickelt wurden, ein begrenzender, denn hier sie können nicht einfach herausgenommen und aufgeladen werden, wie in einem mp3-Player oder Handy. Durch die Verwendung von radiowellenbasierten (HF) und induktiven Systemen, wie z. B. Herzschrittmachern, die seit mehr als 50 Jahren eingesetzt werden, konnte dieses Problem zwar weitgehend beseitigt werden, jedoch weisen diese weise lage-, positions- und bewegungsbedingte Wirkungsgradunterschiede auf und sind zudem oft in ihrer Reichweite beschränkt. Ein Team deutscher Forschern am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Hermsdorf hat jetzt Einzelheiten zu ihrer jüngsten Erfindung veröffentlicht, mit der, wie sie hoffen, einige dieser Probleme beseitigt werden können. Sie haben ein neues Energietransferverfahren entwickelt, das bereits patentiert wurde, mit dem künftig die Einschränkungen hinsichtlich Lage, Position und Bewegung dieser radiowellenbasierten (HF) und induktiven Systeme umgangen werden können. Dem Team ist es gelungen, Strom drahtlos von einem tragbaren Sendermodul zu einem mobilen Generatormodul - dem Empfänger - zu übertragen. Der Sender stellt eine elektrische Leistung von über 100 Milliwatt bereit und hat eine Reichweite von etwa 50 Zentimeter. Der Empfänger kann sich also fast überall im Körper befinden. Dr. Holger Lausch vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS erläutert: "Das Transfermodul in Form eines Zylinders ist so klein und kompakt, dass es sich am Gürtel befestigen lässt. Mit unserem tragbaren Gerät können wir berührungslos Implantate, Medikamentendosiersysteme und andere medizintechnische Anwendungen ferngesteuert mit Energie versorgen - etwa schluckbare Videoendoskopiekapseln, die den Magen-Darm-Trakt durchwandern und Bilder vom Körperinneren nach außen senden." Das Generatormodul lässt sich unabhängig vom Energietransfer jederzeit auf seine Position und Lage orten. Befindet sich der Generator also in einer Videoendoskopiekapsel ist die Zuordnung der Bilder zu bestimmten Darmregionen möglich. Ist er in einer Dosierkapsel platziert, lässt sich der Medikamentenwirkstoff zielgenau freisetzen. Im Transfermodul erzeugt ein rotierender, durch einen EC-Motor angetriebener Magnet ein magnetisches Drehfeld. Eine im Empfänger befindliche Magnetkugel koppelt an das wechselnde äußere Magnetfeld an und wird dadurch selbst in Rotation versetzt. Die Rotationsbewegung wird in Elektrizität umgewandelt, der Strom also erst im Generatormodul erzeugt. Dr. Lausch betont die Vorteile des Verfahrens: "Durch die magnetische Kopplung lässt sich die Energie durch alle nichtmagnetischen Materialien wie etwa biologisches Gewebe, Knochen, Organe, Wasser, Kunststoff oder sogar verschiedene Metalle transportieren. Außerdem hat das so hergestellte Magnetfeld keine schädlichen Nebenwirkungen für den Menschen. Auch eine Gewebeerwärmung ist ausgeschlossen." Diese neuartigen miniaturisierten, intelligenten Systeme könnten schon bald Therapie- und Diagnosefunktionen übernehmen. Die Wissenschaftler hoffen, künftig mit implantierbaren Sensoren Blutzuckerspiegel, Blutdruck oder die Sauerstoffsättigung von tumorösem Gewebe messen und die Patientendaten anschließend per Telemetrie übertragen zu können. Diese Technologie ermöglicht Messungen aus der Ferne durch Übertragung und Empfang von Informationen per Radiowellen oder IP-Netzwerke. Da die Module, die als Prototypen vorliegen, hinsichtlich ihrer Reichweite, Baugröße und Leistungsfähigkeit skalierbar sind, lassen sie sich nicht nur für medizintechnische Anwendungen nutzen. Vielmehr können sie auch hermetisch abgeschlossene Sensoren - etwa in Wänden oder Brücken - drahtlos mit Energie versorgen. Sie eignen sich somit für den Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau oder im Baugewerbe. Auch das Aufladen von Energiespeichern und das Aktivieren von elektrischen Bauelementen ist denkbar.Weitere Informationen sind abrufbar unter: Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS: http://www.ikts.fraunhofer.de
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