Mechatronik Tage Karlsruhe 2008:

Hochkomplex mechatronikai rendszerek már nem hiányozhatnak az orvostechnikában és kapcsolódó területein. Felgyorsítják a diagnózist, hatékonyabb betegségek elleni küzdelmet eredményeznek, és minimalizálják a műtéti beavatkozások mértékét. Ismert alkalmazási példák az élet tudományokban mikrofluidikus elemzőrendszerek, például Lab-on-Chip rendszerek kapilláris elektroforézishez, valamint az orvoslásban és a biomedicínai technikában miniatürizált endoszkópos műtéti rendszerek és stent rendszerek. A Mechatronik napok keretében, 2008. szeptember 15-16-án a Karlsruhe Kongresszusi Központban, egy speciális orvostechnikai szekció foglalkozik a bio-mikroszisztéma technológia potenciáljával, azaz a mikrotechnológián alapuló rendszerek alkalmazásával az élet tudományokban, az orvoslásban és a biomedicínában, kiválasztott előadások segítségével. PD Dr. Andreas Guber, a Karlsruhe Kutatóközpont, egy bevezető előadásban ismerteti a bio-mikroszisztéma technológia legfontosabb témáit, amelyek témakör szerint a biomateriáloktól a bioszenzorokon, szövetművelésen („szövettenyésztés”) keresztül a minimál invazív diagnosztikáig és terápiáig terjednek a sebészetben. Ezeket később részletesen tárgyalják külön szakmai előadások.

Mikroszisztéma technológia orvostechnikai eszközökhöz –
Gyors, fájdalommentes diagnózis és hatékony gyógyszerszállítás
Az élet tudományok a mikro-nano technológia egyik legfontosabb alkalmazási területévé váltak. A jövőben sokkal nagyobb számú gyógyszer kerül majd kevesebb beteghez, előnyük pedig a rendkívül specifikus, magas hatékonyság lesz; ez pontos diagnózissal és a betegség lokalizációjával, valamint a beteg osztályozásával érhető el, hogy a gyógyszer hatékonysága magas legyen, és veszélyes mellékhatások kizárhatók legyenek. A mikro-nano technológia új gyógyszerhatóanyagok, új gyógyszerszállító rendszerek fejlesztésére, valamint gyors, fájdalommentes diagnózisra kerül felhasználásra. A már elérhető bio-chipekkel kis mennyiségű vér vagy más testnedvek gyors helyszíni diagnózisokat (Point of Care) tesznek lehetővé. A Boehringer Ingelheim micro Parts mikrospektrométerével ma már érintés nélkül, optikai spektroszkópiával mérhető a bilirubin, az első vérérték. Egy példaként egy új gyógyszerszállító rendszer szerepel, amelyet csak a mikroszisztéma technológia tett lehetővé: Dr. Reiner Wechsung, a Boehringer Ingelheim micro Parts GmbH, a Respimat gázmentes lebontót mutatja be, amelyet légúti betegségek kezelésére használnak. A világ minden táján folyó kutatások nanopartikulumokkal, mint gyógyszertartókkal, arra irányulnak, hogy a betegségek gócait, például a rákot, helyileg kezeljék anélkül, hogy a környező egészséges szöveteket károsítanák. Ebben a területen már zajlanak az első klinikai vizsgálatok, így néhány éven belül várható lesz a áttörés a rákkezelésben.

Formagén memória- és szuperelasztikus ötvözetek alkalmazása az orvostechnikában
Az ötvözeteket, mint például a Nikkel-Titán (NiTi), amelyek egy reverzibilis rácsátalakulás (martensites átalakulás) után geometriai formájukat meg tudják változtatni, formagén memória ötvözeteknek nevezik. Különbséget teszünk a hőmérsékleti formagén memóriahatás, egy olyan ötvözet esetében, amely egy bizonyos hőmérséklet alatt látszólag plasztikusan deformálható, és a következő melegítéskor visszaemlékszik eredeti formájára, valamint a mechanikus formagén memóriahatás között, amely egy külső feszültség hatására magas látszólagos rugalmas deformálhatóságot mutat. A kiváló biokompatibilitás, a hajlítási biztonság, a feszültségállandóság és az MRI-kompatibilitás miatt a NiTi egyre fontosabb anyaggá vált az orvostechnikában. Jelenleg az ötvözetet neuro- és érsebészeti, valamint szívsebészeti eszközökben alkalmazzák. Bernd Vogel, az ENDOSMART GmbH, az ötvözet tulajdonságaira alapozott fejlesztésekről számol be az orvostechnikában.

Stent rendszerek – innovatív technológiák és jövőbeli alkalmazások
A stentek finom, henger alakú, általában fémekből készült mikroméretű precíziós implantátumok, amelyek általában hálós szerkezetűek, érszűkületek tágítására szolgálnak. Az operációs kockázat minimális volta miatt ezek a mikromechanikus alkatrészek nagy sikert aratnak. A folyamatos miniaturizálási trend és a minimál invazív alkalmazási technikák a makro- és mikromechatronikai megoldásokban is megjelennek a fejlesztés és gyártás során: számos biomédikai követelmény, például működési elvek, rendszerkomponensek, biztonság és biokompatibilitás beépítése szükséges a végső termékbe. Úttörő koncepciók a fejlett stent rendszerek számára például koronáriás és perifériás stentek, szűrőrendszerek, szívbelüli zárórendszerek (PFO) és szívbillentyű rendszerek (PAV). Az Gerd Siekmeyer, az Admedes Schuessler GmbH, az orvosi ultraprecíziós implantátumok megvalósításának összetettségét és megvalósítási stratégiáját írja le, amely a különböző klinikai, tervezési és gyártási szükségletek, valamint az engedélyezési szabályok közötti egyensúly eredménye.

Az új és innovatív textiltechnológiák, általában polimerekből készült monofil vagy multifilament szálak, amelyek bővítik a tiszta fém stent rendszerek klinikai alkalmazásait, röviden ismertetésre kerülnek, és jövőbeli alkalmazási potenciáljuk, például az abdominalis aortaneurizma (AAA) stent rendszerek esetében, bemutatásra kerül. Mikromechatronikai trendek és fejlesztések a stent rendszerekben (például fémes, biodegradálható vagy polimer stent rendszerek) is bemutatásra kerülnek. Új orvosi alkalmazási területek a mikro-stent rendszerek számára az idegrendszerben is kiegészítik ezt az előadást.

„Szövetművelés” – funkcionális mesterséges szövetek előállítása az élet tudományokban való alkalmazásokhoz
Az emberi test képessége, hogy szöveteket vagy szervek funkcióit regenerálja, az életkorral csökken. Ez gyakran csak tüneti kezelést tesz lehetővé eddig. A viszonylag fiatal tudományág, a „Szövetművelés” célja, hogy funkcionális szöveteket, mint biológiai pótlékokat, hozzon létre. Ez élő sejtek segítségével történik, amelyeket speciálisan erre kifejlesztett bioreaktorokban tenyésztenek. Az ilyen mesterséges és hosszú távon stabil funkcionális szövetek nemcsak klinikai alkalmazásban, mint humán szövetek, hanem a biológiai alapkutatásban, toxikológiában vagy gyógyszerfejlesztésben is rendkívül hasznosak lehetnek. Egy rövid bevezetés után Dr.-Ing. Giselbrecht, a Karlsruhe Kutatóközpont, elsősorban a szövetművelés anyag- és mérnöki tudományos aspektusait mutatja be előadásában. A részegységek és alrendszerek mikrotechnológiával történő miniaturizálásával tovább optimalizálhatók a rendelkezésre álló eszközök, és teljesen új rendszerek valósíthatók meg. A bio-mikroszisztéma technológia következetes alkalmazásával a jövőben további újszerű technikai innovációk várhatók az említett területeken, amelyek a kapcsolódó ipar és/vagy kutatás-fejlesztési területek számára is hasznosak lesznek.