Anwendungsorientierte Forschung für die Gesundheit - Fraunhofer in Dresden

1992 wurden insgesamt 19 Forschungs-Institute und -Einrichtungen der neuen Bundesländer in die Fraunhofer-Gesellschaft aufgenommen, wodurch Teile der anwendungsorientierten Forschung fortgeführt und ausgebaut wurden. Aus dem damaligen Zentralinstitut für Festkörperphysik und Werkstoffforschung der Akademie der Wissenschaften entstanden zwei Institute und ein Teilinstitut aus IWS, IKTS und der Institutsteil IFAM Dresden. Gemeinsam mit Mitarbeitern des ehemaligen Forschungsinstituts Manfred von Ardenne - jetzt FEP - bilden sie mittlerweile das zweitgrößte Institutszentrum der Fraunhofer-Gesellschaft in Deutschland. Neue Fraunhofer-Einrichtungen entstanden, sodass Dresden jetzt zwölf Fraunhofer-Institute und Einrichtungen mit mehr als 1300 Mitarbeitern hat, mehr als jede andere deutsche Stadt.

 

Für das geplante Forschungszentrum für "RESsourcen-schonende Energie-Technologien" (Fraunhofer RESET) stellt die Stadt Erweiterungsflächen bereit. "Auch im Nanoelektronikzentrum werden zwei Fraunhofer-Institute neuen Raum für ihre Forschungsprojekte finden", kündigt der Beigeordnete für Wirtschaft Dirk Hilbert anlässlich des zwanzigjährigen Standortjubiläums der Fraunhofer Gesellschaft in Dresden an. "Ich bin überzeugt, dass die Fraunhofer-Gesellschaft in Dresden einen guten Partner und eine Heimstatt gefunden hat, in der es sich lohnt, weiter zu investieren." Im Folgenden wollen wir Ihnen ein Institutsteil und dabei wiederum eines der Forschungsprojekte genauer vorstellen.

Innovative Chiptechnologie für die Medizin

Mikroelektronik in der Medizintechnik eröffnet Ärzten immer neue Behandlungs- und Therapiemöglichkeiten. Die entwickelten Systeme müssen aber gleichzeitig technisch sehr innovativ sein, um die hohen Anforderungen zu erfüllen. Neue Ansätze wie die Nanoelektronik und so genannte System-in-Package-Chips (SiP) sind dabei wichtige Schlüsseltechnologien. Bei den SiP werden Schaltkreise, Sensoren und weitere Komponenten in einem einzigen Gehäuse untergebracht und erlauben so komplexe und sichere Lösungen auch auf kleinstem Raum. Allerdings werden solche Systeme bislang kaum in der Medizintechnik eingesetzt. Ein Forschungsprojekt mit Beteiligung des Fraunhofer IIS/EAS aus Dresden will den Zugang zu dieser Technologie im Medizinbereich erleichtern. Die Forschungsergebnisse werden dabei in erste Lösungen umgesetzt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt bis 2015 das Projekt ESiMED ("Entwurfsplattform für SiP in medizintechnischen Anwendungen") mit 2,5 Millionen Euro. Während dieser Zeit erarbeiten die beteiligten Partner neuartige Methoden für die Planung und den Entwurf von SiP in der Medizintechnik. In diesem Industriezweig müssen Entwicklungen wie Implantate oder innovative Rehabilitationstechnik extrem leistungsfähig, langlebig, zuverlässig und oft sehr klein sein. Außerdem erfordern individuelle Krankheitsbilder spezialisierte Produkte - ein ideales Umfeld für System-in-Package-Lösungen. Sie eignen sich zum einen besonders für Anwendungen, die auch bei kleineren Stückzahlen wirtschaftlich gefertigt werden sollen. Ein weiterer Vorteil ist, dass problemlos verschiedenartige Bauteile integrierbar sind, selbst wenn diese nicht mit Standardtechnologien gefertigt werden können. So lässt sich ein Produkt flexibel für das jeweilige Einsatzgebiet anpassen.

"Viele von ihnen leiden unter der eingeschränkten Funktion einer Hand. Sie sollen deshalb ein tragbares Gerät erhalten, das elektrische Impulse zur Stimulation von Nerven und Muskeln an die gelähmte Hand sendet."

Bislang scheitern Entwicklungen, die auf dieser Technologie basieren, aber oft an ungeeigneten Methoden für den Entwurf von neuen Produkten. Hohe Kosten und eine lange Einarbeitungszeit machen sie für die meist mittelständischen Medizintechnikhersteller oft nicht wirtschaftlich. Außerdem unterstützen derzeitige Lösungen nicht die schnelle Überleitung vom Entwurf zur Produktion. An diesen Punkten setzt das ESiMED-Projekt an, dessen Ergebnisse Innovationen in den mittelständischen Unternehmen unterstützen sollen. Dafür wird eine Basisversion der entwickelten Entwurfssoftware nach Projektabschluss frei zur Verfügung gestellt. Ihr Kernelement wird eine leicht bedienbare Benutzeroberfläche sein. Mit ihr können die Entwickler zum Beispiel auf verschiedene Systembausteine zugreifen, um Schaltkreise, Sensoren und weitere Komponenten zu einem fehlerfreien SiP zusammenzusetzen. Die Projektergebnisse werden als Erstes in Lösungen für zwei zukünftige Therapieverfahren einfließen. Zum einen soll ein System-in-Package entwickelt werden, das den Rehabilitationsprozess für Schlaganfallpatienten erleichtert. Viele von ihnen leiden unter der eingeschränkten Funktion einer Hand. Sie sollen deshalb ein tragbares Gerät erhalten, das elektrische Impulse zur Stimulation von Nerven und Muskeln an die gelähmte Hand sendet. Durch diese Unterstützung kann das Öffnen und Schließen der Hand wieder erlernt werden. Als Zweites soll im Projekt grundlegend untersucht werden, ob ein sogenannter Stent für Patienten mit vergrößerter Hauptschlagader (Aorten-Aneurysma) optimiert werden kann. Ein solches Implantat könnte in Zukunft nicht nur das Blutgefäß stützen, sondern durch integrierte Sensoren auch eine Überwachungsfunktion der Druckverhältnisse im Aneurysma übernehmen. Die gemessenen Daten sollen dann dem Arzt genauere Informationen als bisher über den Therapieerfolg liefern und früher undichte Stellen aufzeigen. ESiMED wird im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung und dem Förderprogramm IKT 2020 gefördert. Bei der Entwicklung der neuen Entwurfsmethoden sind fünf deutsche Unternehmen und Forschungseinrichtungen beteiligt. Geleitet wird das Projekt von der Microelectronic Packaging Dresden GmbH, einem Spezialisten für die SiP-Fertigung. Der Dresdner Teil EAS des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS erarbeitet die Entwurfssoftware. Dazu gehören auch Verfahren, mit denen schon während der SiP-Entwicklung der korrekte Entwurf der Systeme geprüft werden kann.