10.12.2021 - News

Mikroelektronik für permanente, nichtinvasive Blutdruckmessung im Ohr (MikroBO)

Laut WHO leiden weltweit ca. 1,13 Milliarden Menschen an Bluthochdruck, rund 9,4 Millionen Todesfälle können darauf zurückgeführt werden. Hypertonie ist damit der wichtigste veränderbare Risikofaktor für Mortalität. Im BMBF-Verbundprojekt MikroBO wurde ein mikrotechnisches In-Ohr-System für die permanente nichtinvasive Blutdruckmessung entwickelt. Im Teilprojekt OLA erarbeitete Hahn-Schickard vielfältige Ergebnisse zum Digitaldruck leitfähiger Strukturen und zur Aufbau- und Verbindungstechnologie (AVT) auf additiv gefertigten Substraten. Darauf aufbauend wurde ein Technologiedemonstrator in einem teilautomatisierten Prozess realisiert.

Da Herz-Kreislauf-Erkrankungen nach wie vor die häufigste Todesursache in Industrieländern darstellen, sind nicht invasive Methoden für das Monitoring der relevanten Vitalparameter von großem Interesse. Können Patienten mit zu hohem Blutdruck rechtzeitig behandelt werden, dann könnte fast die Hälfte der Schlaganfälle und Herzinfarkte vermieden werden. Das Messprinzip wurde von Projektpartnern in MikroBO in ersten klinischen Studien mit Funktionsdemonstratoren an Patienten untersucht.

Von Hahn-Schickard wurden die Möglichkeiten zur Integration von Drucksensoren und SMD-Komponenten auf verschiedenen Otoplastikmaterialien untersucht. In diesem Falle soll die Sensorik zur nichtinvasiven und kontinuierlichen Messung des Blutdrucks im Ohr eingesetzt werden.

Additive Verfahren zur Herstellung von 3D-Objekten als auch Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen auf 3D-Oberflächen mittels digitaler Drucktechnologien bieten heute eine zunehmende technologische Reife, sodass sich immer mehr mögliche Einsatzbereiche besonders in der Medizintechnik ergeben. Um ein breites Spektrum in industriellen und medizintechnischen Anwendungen zu bedienen, können unterschiedliche Materialien zur Herstellung der Grundkörper eingesetzt werden. Verschiedene Materialkombinationen aus Substrat und Tinte erfordern lediglich angepasste Druck- und Sinterparameter. Dies zeigt auch die Flexibilität und Vielseitigkeit der Technologie, welche somit individualisierte, miniaturisierte Baugruppen ermöglicht. Eine entsprechende digitale Prozesskette wurde im Rahmen des BMBF-Projekts „MikroBO“ (Fördernummer 16ES0772) anhand der funktionalisierten Otoplastiken mit integrierter Drucksensorik demonstriert.

Hierzu wurden mittels Aerosol Jet diverse leitfähige Tinten evaluiert sowie Sintermethoden untersucht. Die gedruckten Strukturen wurden umfassend charakterisiert, beispielsweise im Hinblick auf ihre elektrischen Widerstände, Druckbarkeit, Sinterung und Haftfestigkeit. Zusätzlich wurde untersucht wie sich auf den gedruckten Leiterbahnstrukturen mit außenstromloser Nachverstärkung Kupfer bzw. Kupfer, Nickel und Gold abscheiden lassen. Weiterhin wurden unter anderem Klebe- und Lötversuche auf digital gedruckten und auch außenstromlos nachverstärkten Leiterbahnstrukturen, sowie 3D-Substraten in Form von Otoplastiken aus unterschiedlichen Materialien durchgeführt. Hierbei konnten Komponenten wie Drucksensoren auf verschiedenen Otoplastikmaterialien ankontaktiert werden.

Mit den erarbeiteten Prozessen wurden Technologiedemonstratoren von funktionalisierten Otoplastiken in unterschiedlichen Materialien aufgebaut. Es konnte gezeigt werden, dass sich digitale Drucktechniken zum Aufbau von Leiterbahnstrukturen auf komplexen additiv gefertigten 3D-Substraten eignen, auf welchen mittels elektrisch leitfähigem Klebstoff SMD-Bauelemente ankontaktiert werden können.