Smartpump: Mikrodosierung für die Medizin

Namensgeberin und Ausgangspunkt der Smartpump-Plattform ist ein von der Fraunhofer Zukunftsstiftung gefördertes Projekt. Ziel der Aktivitäten war es, Ansprechzeit und Genauigkeit von Gassensoren mithilfe einer Mikropumpe signifikant zu verbessern. Die hochminiaturisierte Silizium-Mikropumpe saugt dabei Luft aus der Umgebung an und führt sie dem Gassensor zu. Dieses Prinzip könnte man sich beispielsweise für Anwendungen im Smartphone zunutze machen: Die Integration von Gassensoren, etwa zur Messung des CO2-Gehalts, gilt als vielversprechendes neues Feature. Allerdings sind die Reaktionszeiten derzeit noch sehr lang. Mithilfe der Mikropumpe ließe sich Ansprechzeit von aktuell mehreren Minuten auf wenige Sekunden verkürzen. Auch viele weitere Vorteile, wie z.B. das Online-Kalibrieren von Gassensordriften, oder die Überwindung von Druckabfällen an Filtern und Zuleitungen sind mit einer Mikropumpe mühelos möglich. 

Auch für andere Bereiche bieten die „Smartpumps“ des Fraunhofer EMFT großes Potenzial: Hinsichtlich Miniaturisierung, Dosiergenauigkeit, Gegendruckfähigkeit und Blasentoleranz genügen die am Fraunhofer EMFT entwickelten Mikropumpen höchsten Ansprüchen, so dass inzwischen auch die Anwendung in der Medizintechnik in Betracht kommt. Entscheidend für die tatsächliche Anwendung im Produkt sind hier jedoch die Wechselwirkungen zwischen Pumpe und dem Medium, das dosiert werden soll.

Die Smartpump Mikropumpentechnologie wird konsequent in diese Richtung weiterentwickelt. Unterschiedliche Medien stellen ganz spezifische Anforderungen an die Pumpe. Beispielsweise tendieren Insulinmoleküle dazu, sich unter ungünstigen Bedingungen teilweise zu Agglomeraten zu verklumpen („denaturieren“), sie werden dabei unwirksam und können sich in der Mikropumpe ablagern. Eine Insulin Patch Pumpe, die nur bis 7 Tage im Einsatz ist, hat hier weniger Herausforderungen als eine implantierbare Insulinpumpe, die mehr als 10 Jahre im Körper verbleibt. Hier spielen sowohl die Formulierung der Insulinstabilität der Pharmaentwickler eine Rolle, als auch die Optimierung des Pumpendesigns und der Pumpenansteuerung, um die Scherbelastung an den Insulinmolekülen so gering wie möglich zu halten.

Agglomeration als entscheidende Kenngröße 

Jede medizinische Anwendung hat bezüglich Agglomeration des jeweils verwendeten Wirkstoffes seine eigenen, spezifischen Anforderungen. Auch beim Pumpen von Körperflüssigkeiten (etwas Augenwasser bei der Glaukomtherapie) ist der Aspekt von Agglomeration von Körperproteinen relevant. Hier muss die Mikropumpe auch in der Lage sein, ganze Zellen passieren zu lassen. Ein weiterer Aspekt ist die Untersuchung von Korrosion, die v.a. bei Langzeitimplantaten relevant ist. Im Team des Fraunhofer EMFT wird eine Methodik erarbeitet, wie diese Interaktionen systematisch erforscht werden können, um bei neuen Anwendungen die Entwicklungszyklen zu verkürzen.

Mit "Smartpump" bündelt das Fraunhofer EMFT seine Kompetenzen, um Pumpendesign und Pumpensteuerung individuell an die Anforderungen spezifischer medizinischer Anwendungen anzupassen. Die Plattform stellt das Know-how aus den bisherigen Aktivitäten zur Verfügung, um spezifische Lösungen für unsere Kunden zu entwickeln. 

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