Unter Druck

Bild 3: Ein Blockdiagramm zum MEMS-Multi-Chip-Modul ICM-20948 mit Neun-Achsen-Bewegungserkennung

Bild 3: Ein Blockdiagramm zum MEMS-Multi-Chip-Modul ICM-20948 mit Neun-Achsen-Bewegungserkennung Mouser

Wie oben erwähnt finden MEMS im Medizinbereich vor allem in Drucksensoren Anwendung. So kommen sie beispielsweise häufig in Beatmungsgeräten zur Überwachung der Atemfrequenz, in Dialysegeräten zur Messung und Regulation des Blutdrucks oder auch in der Augenchirurgie zum Einsatz. MEMS-Drucksensoren können etwa die Sauerstoff-, Kohlenstoffdioxid-, Calcium-, Kalium- und Glukosewerte im Blut erfassen und in Infusionspumpen für die richtigen Druckwerte sorgen. Zudem sind sie unerlässlich für CPAP-Beatmungsgeräte zur Behandlung des Schlafapnoe-Syndroms und für die Vakuumtherapie zur Wundheilung.

Bei der nicht invasiven Blutdrucküberwachung misst das System mit der weithin bekannten Blutdruckmanschette den systolischen und diastolischen Blutdruck. Die Manschette übt Druck auf den Arm aus und drückt die Arterie kontrolliert ab, bis der Blutfluss zum Erliegen kommt. Anschließend fällt der Druck kontrolliert ab, bis der Blutfluss wieder beginnt, was normalerweise mit einem Stethoskop hörbar ist – dadurch erhält man den systolischen Wert. Nimmt der Druck in der Manschette wieder ab, ist der Blutfluss in der Arterie für den Arzt nicht mehr hörbar – jetzt ist der diastolische Druck erreicht. Mithilfe von MEMS-basierenden Sensoren lässt sich die nicht invasive Blutdrucküberwachung weitgehend automatisieren. Am Volumen gemessen ist dies einer der größten Einsatzbereiche für MEMS-Drucksensoren.

Silicon Microstructures ist führend in der Entwicklung und Herstellung von MEMS-Drucksensoren und liefert mit dem SM4421 ein gutes Beispiel für einen Drucksensor, der in diesem Bereich zum Einsatz kommt. In einem SOIC-16-Gehäuse sind ein MEMS-Sensorelement sowie ein ASIC-Chip für Signalkonditionierung untergebracht, um über eine I2C-Schnittstelle einen temperaturkompensierten Output mit 14 Bit zu liefern. Die in Relativdruck-, Differenzialdruck- und asymmetrischer Konfiguration verfügbaren Geräte der SM4x21-Baureihe können in Druckbereichen von 0,17 bis 1,03 bar arbeiten und in diversen medizinischen Anwendungsbereichen eingesetzt werden.

Die Zukunft von MEMS in der Medizintechnik

MEMS haben das Potenzial, verschiedene Bereiche in der Medizin komplett auf den Kopf zu stellen. Das Konzept eines Lab-on-a-Chip-Systems ebnet den Weg zu einer schnellen, kostengünstigen Diagnostik an abgelegenen Orten und in Entwicklungsländern. Die Technologien der MEMS-Bauteile finden auch in der Entwicklung von Nanotechnologie Anwendung – zwei Bereiche, die eng miteinander verwandt sind. Damit werden künftig die Forschungen im Bereich der Mikrofluidik und der Mikroelektronik noch weiter verschmelzen und die Einführung neuer Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen eröffnet sogar noch weiteres Potenzial.

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