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Bio-Microelectromechanical Systems: Die neue Spielweise der Tech-Giganten

Mehr denn je zeigen Unternehmen wie Google, Apple und Amazon ein wachsendes Interesse am Gesundheitsmarkt. Das hat weitreichende Folgen – nicht für den Patienten, sondern für die gesamte Branche. Denn die Tech-Giganten bringen neben Ideen vor allem reichlich Geld und Personal mit.

. Im medizinischen Bereich könnten Wearable-Kontaktlinsen nützlich sein Bildquelle: © Google

Smarte Kontaktlinse: Das BioMEMS misst mithilfe der Tränenflüssigkeit den Blutzuckerspiegel.

Die Gesundheitsversorgung verändert sich — getrieben durch die zunehmende Konvergenz von Gesellschaft, Wirtschaft und Technologie — rasant. Die Gründe dafür sind vielfältig. Erstens sind die Kosten für die Pflege auf ein extremes Niveau für Gesundheitsorganisationen und Regierungen gestiegen. Die Haushalte haben eine kritische Schwelle erreicht, während die Demografie explodiert und sich chronische Krankheiten zunehmend zur größten Herausforderung für Industrieländer entwickelt.  Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sind 422 Mio. Menschen an Diabetes erkrankt, und 1,5 Mrd. sind für kardiovaskuläre Ereignisse gefährdet. Die jährlichen Kosten von 2 Billionen USD für chronische Krankheiten, die von der Gesellschaft unterstützt werden, sind heute nicht mehr tragbar.

Zweitens haben die Menschen dank Apps und des Internets über Smartphones und Tablets leichteren Zugang zu Informationen. Mehr als 2 Milliarden Smartphones sind weltweit im Einsatz, bereit für den Anschluss an Smart Watches oder Ohrstöpsel, die den Herzschlag messen und Gesten analysieren. Drittens ist die MEMS-Technologie inzwischen ausgereift genug, um medizinische Messungen mit miniaturisierten und stromsparenden Sensoren zu einem niedrigeren Preis als herkömmliche Technologien anzubieten.

BioMEMS-Geräte (Bio-Microelectromechanical Systems) sind hierbei Schlüssellösungen für ein hohes Maß an elektronischer Integration und tragen zur Entwicklung einer neuen Generation von einfach zu bedienenden Medizinprodukten für Verbraucher und Patienten bei. Im Idealfall verringern sich dadurch auch Krankenhausaufenthalte beziehungsweise verkürzen sie sich. Zum Beispiel mithilfe von Asthmadetektionsgeräten mit MEMS-Mikrofonen und Beschleunigungssensoren, die einen Asthmaanfall verhindern, indem sie den Patienten über sein Smartphone rechtzeitig alarmieren, ihn zur Einnahme seiner Medikamente auffordern und so einen medizinischen Notfall vermeiden.

Wie sieht die Zukunft aus?

Neben der Miniaturisierung der Sensoren und dem Ersatz von Mikrofonen für Hörgeräte durch MEMS-Mikrofone eröffnen neue MEMS-Geräte weitere Möglichkeiten für Medizinprodukte. Nach jahrelanger Entwicklungsarbeit entstehen nun endlich Ultraschallwandler auf Basis der kapazitiven Detektion (CMUT) oder der piezoelektrischen Detektion (PMUT). Oder Mikronadeln, die als minimal-invasives Gerät in der Lage sind, Flüssigkeiten in den Zwischenräumen der Haut aufzunehmen oder abzugeben. Viel Aufwand wird auch in nicht-invasive Geräte für mehr Patientenkomfort und schmerzfreie Routinen  investiert, sodass die Patienten bei der Behandlung bleiben. Unter anderem hat Apple viel Geld und Arbeitskraft in die Entwicklung eines optischen nicht-invasiven Sensors für seine Uhren investiert, der ständig den Blutzuckerspiegel des Trägers überprüft.

Die Kunst besteht jedoch darin, dass Wearables »unsichtbar« werden. Das heißt, die Sensoren müssen sich Geräten, Textilien und anderen Accessoires anpassen. Flexibilität und Dehnbarkeit sind anstehenden Parameter, die die Hersteller umsetzen müssen, zum Beispiel in Form von Tattoos oder Aufklebern, die das Vorhandensein bestimmter Moleküle im Schweiß erkennen. Ein großer Schritt in diese Richtung ist dank neuer Verfahren wie dem Drucken von Elektronik und neuen biokompatiblen Materialien bereits heute möglich.

Eine Branche mit Wachstumsgarantie

Die Nachfrage nach MEMS-Geräten (Mikroelektronischen Systemen) steigt exponentiell an. Nicht zuletzt aufgrund der Demokratisierung der Medizin sowie der hohen Nachfrage nach tragbaren Geräten. Um diese zu befriedigen, bieten mittlerweile fast alle MEMS-Unternehmen Fertigungsdienstleistungen für Anwendungen im Gesundheitswesen an.

Bisher prägen vor allem Silizium-MEMS-Bauelemente den Markt. Mit der Einführung von Mikrofluidik-Chips (auf SI-, Kunststoff- oder Glasbasis) wird sich dieser aber voraussichtlich mehr als verdoppeln, von 3 Mrd. USD im Jahr 2017 auf knapp 7 Mrd. USD im Jahr 2023 mit einem jährlichen Wachstum  (CAGR) von 14,9%.

Quelle: Yole Développment

(me)

Entwicklung Bio-MEMS-Markt bis 2023 Bildquelle: © Yole Développment

Entwicklung Bio-MEMS-Markt bis 2023