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Heraeus Materialverbund aus Keramik und Metall für miniaturisierte Implantate

| Autor / Redakteur: / Peter Reinhardt

Entwicklern von Heraeus ist gelungen, was bisher als unmöglich galt: die Verbindung von Metall und Keramik zu einem hochdichten und extrem robusten Werkstoff. Dieses biokompatible Materialsystem könnte in den kommenden Jahren neue Anwendungen in der minimalinvasiven Chirurgie ermöglichen.

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Die Cermet-Technologie von Heraeus könnte entscheidend zur Miniaturisierung von medizinischen Implantaten beitragen.
Die Cermet-Technologie von Heraeus könnte entscheidend zur Miniaturisierung von medizinischen Implantaten beitragen.
(Bilder: Heraeus _ [M]-Scheer)

Es klingt vielversprechend: In wenigen Jahren könnte die Cermet-Technologie von Heraeus entscheidend zur Miniaturisierung von medizinischen Implantaten im Herz (Schrittmacher), Gehirn (Brain-Reader), Auge (Sehprothesen) oder Ohr (Hörgeräte) beitragen. Neue Anwendungen in der minimalinvasiven Chirurgie zur Nerven- und Hirnstimulation werden dadurch möglich. Mit dem innovativen, biokompatiblen Materialsystem aus Keramik und Metall, dem sogenannten Cermet, trägt der Hersteller dazu bei, die Lebensqualität von Patienten entscheidend zu verbessern.

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Neue Therapieformen erfordern hoch integrierte Elektronik

Neue Therapieformen erfordern eine hohe Integrationsdichte der eingesetzten Elektronik und damit auch eine größere Anzahl an elektrischen Kanälen in den Durchführungen. Mit der Technologie kann das elektrische Interface (Schnittstelle) vom Implantat in den Körper deutlich verkleinert und gleichzeitig können erheblich mehr Kanäle bzw. Durchführungen integriert werden.

Mit 0,15 mm Durchmesser sind die Leiterbahnen so fein wie Papier

„Medizinische Implantate mit Cermet-Technologie sind kleiner, leistungsfähiger und können mehr Funktionen integrieren – ein großer Vorteil für unsere Kunden“, sagt Jens Trötzschel, Vice President Advanced Technologies bei Heraeus Medical Components. Möglich machen dies außergewöhnlich dünne elektrische Leiterbahnen, die mit einem Durchmesser von 0,15 mm so fein sind wie ein Blatt Papier. Mehr als drei Millionen medizinische Implantate werden schon jetzt jährlich zur Behandlung chronischer Erkrankungen wie Herzrhythmusstörungen, Parkinson, Hörverlust oder Blindheit eingesetzt. Mit der Technologie eröffnen sich noch einmal ganz neue Märkte, denn smartere und multifunktionalere Geräte werden helfen, die Gesundheitskosten zu senken.

Bislang wurden einzelne Drahtstifte manuell in die Keramik eingebracht und aufwändig unter Hochtemperatur verlötet. Wird jedoch eine große Anzahl an elektrischen Kanälen benötigt, stößt diese Vorgehensweise an ihre Grenzen und wird zu einer Hürde bei der Entwicklung miniaturisierter Geräte und neuer Therapien. „Mit Cermet sind nun 800 elektrische Kanäle pro Quadratzentimeter möglich, und damit ein Vielfaches mehr als bei aktuellen Implantaten“, erklärt Ulrich Hausch, Projektleiter bei Heraeus Medical Components.

Stimulationsreize für Sehgeschädigte punktgenau setzen

Dadurch könnten zukünftig Stimulationsreize etwa in Sensoren für Sehgeschädigte punktgenau im Körper gesetzt werden, was eine wesentlich effizientere Therapie erlaubt. Bei Sehprothesen können mehr Verbindungskanäle zur Reizübertragung vom Implantat zum Sehnerv für eine bessere Auflösung auf der Netzhaut sorgen. Derzeit erlauben typischerweise 64 Kanäle eine schemenhafte Erkennung von Gegenständen. Mit Cermet wären auf gleicher Fläche mehr als 1.000 Kanäle möglich – und damit eine deutlich höhere Auflösung.

Komplexe 3D-Strukturen schaffen Flexibilität beim Design

Hausch hebt noch einen weiteren Vorteil hervor: „Das Materialsystem bietet Entwicklern von Implantaten eine höhere Flexibilität beim Design, da es komplexe 3D-Strukturen erlaubt.“ Im Bereich der Durchführungen wird es nun möglich, abgewinkelte oder verzweigte Leiterbahnen zu fertigen und damit einen bisher nie dagewesenen Designspielraum zu erschließen. Aktive medizinische Implantate und Geräte sind derzeit oft noch sehr groß, wie beispielsweise sogenannte Brain-Reader, die in Zukunft die Steuerung von Prothesen durch das Erfassen von Hirnströmen ermöglichen werden. Insbesondere querschnittsgelähmte Patienten oder Menschen mit Amputationen werden von solchen Geräten stark profitieren. Um alltagstaugliche Geräte zu entwickeln, müssen die Brain-Reader und deren Durchführung deutlich kleiner werden, und die Schnittstellen der Implantate mit dem Körper müssen eine höhere Integrationsdichte bieten. Mit der neuen Technologie wird dies alles möglich. pr

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