Compamed 2015 Devicemed-Award für die kleinste Pumpe der Welt

Das Votum der Compamed-Besucher war eindeutig: Eine Mikromembranpumpe, die im Batch-Verfahren auf Silizium-Wafern hergestellt wird, ist das innovativste Exponat auf der Messe. Dafür haben die Fraunhofer-Forscher der Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien einen Devicemed-Award erhalten.

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Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT

Zwerge mit viel Potenzial sind die neuen Mini-Siliziumpumpen der Fraunhofer EMFT. Mit ihren Maßen von nur noch 5 x 5 x 0,6 mm³ ermöglichen sie innovative Produkte in vielen Bereichen der Medizintechnik. Prominentes Beispiel ist die Diabetestherapie mit sogenannten Patch-Pumpen. Knackpunkt sind hier bislang die Herstellungskosten. Doch die könnten dank Wafertechnoloigie schon bald drastisch sinken.

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Die Herstellungskosten auf weniger als einen Dollar senken

Die Fraunhofer-Forscher arbeiten daran, dass die Herstellungskosten bei großen Stückzahlen deutlich unter einen Dollar sinken. Damit wäre ein Technologiesprung für die Verabreichung von Insulin möglich. Denn noch sind Patch-Pumpen etwa so groß wie ein flaches halbes Ei. Zudem ist die Therapie mit Patch-Pumpen ist bislang noch teurer als konventionelle Therapievarianten.

„Verschiedene Entwicklungsgruppen haben bei der Entwicklung von Medizintechnikprodukten auf Basis von leistungsstarken Silizium-Mikropumpenchips bereits sehr vielversprechende technologische Ansätze, die auch die hohen Sicherheitsanforderungen bei der Diabetestherapie erfüllen. Allerdings erschweren die noch recht hohen Herstellungskosten eine erfolgreiche Produkteinführung“, erklärt Dr. Martin Richter von der Fraunhofer EMFT.

Um die Herstellungskosten zu senken, setzen Richter und sein Team auf eine weitere Miniaturisierung der Mikropumpenchips. Mikromembranpumpen aus Silizium werden im Batch-Verfahren auf Silizium-Wafern hergestellt. Je kleiner die Pumpenchips, desto mehr passen auf einen Wafer.

Die Mikropumpen sind kleine Kraftpakete

Die mit Abstand kleinsten Mikropumpen der Welt erreichen mit Luft trotzdem noch Förderraten von 300 µl/min sowie einen beachtlichen Luftgegendruck von 30 kPa. Um das zu erreichen, müssen beim Pumpendesign wichtige Funktionszusammenhänge berücksichtigt werden. So müssen die Forscher bei der Miniaturisierung Hubvolumina, Totvolumina und damit das Kompressionsverhältnis der Pumpe im Auge behalten. Ein zu geringes Kompressionsverhältnis führt zu einer zu geringen Gegendruckfähigkeit. Das kann problematisch werden, etwa wenn sich im Fluid eine Gasblase bildet und die Gegendruckfähigkeit dadurch noch weiter herabgesetzt wird. Im schlimmsten Fall kommt es dann zum Ausfall der Pumpe. „Gerade in so sensiblen Bereichen wie der Medizintechnik darf so etwas natürlich nicht passieren. Die Pumpe muss absolut zuverlässig funktionieren und robust gegenüber Störungen sein“, betont Richter.

Den Münchner Mikrofluidik-Experten ist es gelungen, das Totvolumen durch innovative Herstellungsmethoden signifikant zu reduzieren und so ein günstiges Kompressionsverhältnis zu erreichen. Dadurch eignet sich die ausgezeichnete Pumpe auch für Anwendungen, in denen höchste Anforderungen an Robustheit und Zuverlässigkeit gelten, etwa beim Freispülen von blockierten Kathetern. Bei den Messebesuchern ist diese Innovation jedenfalls gut angekommen. „Aufgrund der Auszeichnung mit dem Devicemed-Award und der damit verbunden Medienpräsenz hatten wir viele Besucher auf unserem Messestand“, freut sich Richter über das Interesse an seiner Mini-Siliziumpumpe.

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