„Unsere Smartpump ist nur 25 Quadratmillimeter groß und damit die kleinste Pumpe der Welt“, sagt Dr. Martin Richter, der die Abteilung Mikrodosiersysteme an der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT in München leitet. „Trotzdem hat sie ein hohes Kompressionsverhältnis.“ Um in der Pumpkammer Druck zu erzeugen nutzt die Anwendung den piezoelektrischen Effekt, der elektrische Spannung in mechanische umwandelt: Mithilfe von Wechselspannung wird die Silizium-Membran nach oben oder unten bewegt, dadurch Umgebungsluft durch ein Ventil eingesaugt, in der Pumpkammer verdichtet und wieder herausgepresst.

Smartpump

Die 25 Quadratmillimeter große Dosierpumpe Smartpump unterstützt einen im Smartphone eingebauten Gassensor bei der Ermittlung von Feinstaubbelastung. Fraunhofer

Nicht nur die Membran, auch die Klappventile und die Pumpkammer werden dabe aus einkristallinem Silizium gefertigt, was gegenüber Metallen und Kunststoffen Vorteile hat: Das Halbmetall, aus dem auch Solarzellen oder Computerchips hergestellt werden, ist elastisch und ermüdungsfrei. Zudem lassen sich die einzelnen Pumpenkomponenten exakt aus der Siliziumschicht herausätzen und anschließend aneinanderfügen. Silizium ist jedoch verhältnismäßig teuer. „Unser Ziel ist, die Pumpe auf eine Größe von zehn Quadratmillimeter zu verkleinern. Dann wäre die Massenfertigung rentabel. Wir sind hier auf einem guten Weg“, sagt Richter.

Reaktionszeit des Gassensors verringern

Die Integration von Gassensoren in Smartphones wird derzeit unter anderem dadurch erschwert, dass die Reaktionszeiten für diese Sensoren deutlich zu lang für eine Nutzung in Apps sind. Die Smartpump könnte den Gassensoren gezielt Luft zuführen und so die Reaktionszeit von mehreren Minuten auf zwei Sekunden verkürzen. Messen ließe sich nicht nur die Feinstaubbelastung, sondern beispielsweise auch, ob die Raumluft verbraucht ist und die Fenster zum Lüften geöffnet werden sollten.

Die Mikropumpe könnte auch im medizinischen Bereich zum Einsatz kommen. Denkbar ist beispielsweise ihre Verwendung in einem Medikamenten-Pflaster, das kontinuierlich Kleinstmengen eines Hormons oder Schmerzmittels abgibt. Oder als Implantat, mit dessen Hilfe sich der Augeninnendruck bei einer Glaukom-Therapie regulieren ließe. Maschinen könnten durch die Pumpe mit exakt dosiertem Schmierstoff versorgt werden. „Diese Anwendung entwickeln wir bereits mit einem Partner aus der Industrie“, sagt Richter.