COMPAMED 2017: Medische technologie is de belangrijkste markt voor microsystemen

De trend naar gepersonaliseerde medische zorg, demografische ontwikkelingen en digitalisering zijn belangrijke drijfveren voor de vooruitgang in medische technologie en de gezondheidszorg. Andere factoren zijn gezondheidsbeleid en kostendruk. Vooral oplossingen uit de microtechnieksector zijn zeer gewild, die door de medische technologie zo sterk worden gestimuleerd als geen andere sector. Bijna twee derde van de microtechniekbedrijven in Europa biedt producten, technologieën of diensten aan voor medische technologie en gezondheid, voor bijna 20 procent is dit de belangrijkste afzetmarkt. In de komende drie jaar zal het aandeel van de bedrijven dat vooral de markt voor medische technologie bedient, opnieuw met vijf procent toenemen. Deze bevindingen heeft de IVAM branchevereniging voor microtechniek vastgesteld tijdens haar jaarlijkse economische gegevensverzameling bij Europese bedrijven en onderzoeksinstellingen in de microtechniek.

Een vergelijkbaar grote rol speelt microtechniek in het kader van COMPAMED 2017, de internationaal toonaangevende vakbeurs voor de toeleveringsmarkt van de medische productie. Deze vindt parallel plaats aan de wereldwijde medische beurs MEDICA 2017 van 13 tot 16 november in Düsseldorf. Naast de digitale transformatie, die geen enkele sector meer ontziet, is ook de miniaturisering van componenten voor het creëren van steeds handzamere en lichtere producttoepassingen een overkoepelende technologische trend, bevestigt Joachim Schäfer, algemeen directeur van Messe Düsseldorf. Sinds haar start 25 jaar geleden is COMPAMED uitgegroeid tot het toonaangevende platform voor de branche voor toeleveranciers in de medische technologie en telt dit jaar opnieuw bijna 800 exposanten in de hallen 8a en 8b (MEDICA: ongeveer 5.000 exposanten) op het Düsseldorfer beurscomplex.

De productmarkt 'Hightech for Medical Devices' met ongeveer 700 vierkante meter en meer dan 50 bedrijven en instellingen (hal 8a) is opnieuw volledig volgeboekt en wordt zoals elk jaar georganiseerd door de IVAM branchevereniging voor microtechnologie als een speciale showcase voor microsystemen voor medische technologie.

Blood pressure measurement without cuff

Een belangrijk toepassingsgebied hiervan zijn zogenaamde 'wearables', mobiele en nauwelijks zichtbare systemen die onder alledaagse omstandigheden vitale parameters opnemen, analyseren en medici ter beoordeling beschikbaar stellen met hoog comfort. De continue registratie van zogenaamde perifere photoplethysmogrammen moet in de toekomst waardevolle informatie over de gezondheid van de mens leveren. Daaronder vallen naast de pols en de arteriële zuurstofsaturatie ook de hartslagvariabiliteit, de ademhalingsfrequentie en informatie over vaatstijfheid en tekenen van stijgende of dalende bloeddruk. Een verhoogde bloeddruk is tegenwoordig de belangrijkste risicofactor voor hart- en vaatziekten, waar volgens de Duitse Hoge Druk Liga alleen al in Duitsland ongeveer 35 miljoen mensen aan lijden. Vaak zonder klachten wordt de ziekte te laat opgemerkt. De gevolgen zijn vooral beroertes, hartaandoeningen, nierfalen en dementie.

In dit licht behoort een cuff-loos meetproces voor het continu volgen van de bloeddruk tot de belangrijkste innovaties van COMPAMED van dit jaar. De daarvoor benodigde sensor is ontwikkeld door wetenschappers onder leiding van Dr. Hans-Georg Ortlepp van het CiS onderzoeksinstituut voor microsensoriek, die ook de geavanceerde evaluatiemethode ontwierp. De noodzakelijke ruwe gegevens worden afgeleid uit de vorm van de pols en het tijdsverloop ervan. Een hoge kwaliteit van de sensorsignalen en geschikte wiskundige algoritmen in de data-analyse zijn essentieel voor medisch-relevante toepassingen, legt Ortlepp uit. Het CiS werkt al ruim tien jaar aan miniaturiseerde, in silicium geïntegreerde multispectrale photoplethysmografie-sensoren. De kleine sensoren worden in de buitenste gehoorgang geplaatst en zijn individueel afgestemd op de patiënt. Een comfortabel draaggevoel is voor de hightech-componenten van groot belang, omdat dit de acceptatie door de gebruiker bepaalt. De sensor kan technisch worden uitgerust met tot vier LEDs met verschillende golflengten, om naast de bloeddruk ook andere vitale parameters en aanvullende meetwaarden uit verschillende weefseldiepten te kunnen opnemen en bewegingsartefacten in de signalen te elimineren.

Werkstoffen toedienen in plaats van onder de huid

Ook de Hahn-Schickard-Gesellschaft voor toegepaste wetenschap richt zich intensief op onderzoek, ontwikkeling en productie in microtechnologie. Samen met de oprichting Verapido Medical GmbH ontwikkelen en produceren zij apparaten, systemen en technologieën waarmee werkstoffen in plaats van onder de huid kunnen worden toegediend. Uit studies is gebleken dat intradermale toediening van werkstoffen veel sneller beschikbaar is in vergelijking met subcutane toediening en een efficiëntere werking kan ontketenen. Daarnaast is vastgesteld dat biotechnologische moleculen zoals insuline, antilichamen, eiwitten of hormonen aanzienlijk sneller door het lichaam worden opgenomen wanneer ze intradermaal worden toegediend.

Werkstoffen die in de huid worden aangebracht, kunnen ook gerichter en efficiënter op het immuunsysteem inwerken. Klinische studies hebben aangetoond dat bij intradermale toediening tot 90 procent van de vaccindosis kan worden bespaard om hetzelfde of zelfs een beter effect te bereiken dan bij injectie in de spier, benadrukt Dr. Markus Clemenz, algemeen directeur van Verapido Medical. Het bedrijf richt zich op micro-naalddtechnologieën en microkanalen die precies in de dermis worden geïnjecteerd – een huidlaag net onder het huidoppervlak. Daarbij wordt alleen de bovenste huidlaag doorboord, waardoor het een minimaal invasieve procedure is. Ons ontwikkelingsaanbod varieert van pleistergebaseerde micro-naaldarrays tot intradermale toedieningsapparaten met vaste of variabele diepteligging voor injectie of infusie, tot medicatie-doseringsystemen voor (tijd)gecontroleerde chronotherapie zonder elektronica, aldus Clemenz. Verapido verwacht dat de intradermale toediening in de kliniek in de toekomst 'state of the art' zal worden.

Voor de tweede keer vertegenwoordigd op COMPAMED is het bedrijf CorTec. Deze jonge medisch-technische onderneming ontwikkelt de volgende generatie actieve implantaten. Zo ontwikkelt en produceert het implanteerbare elektroden voor afleiding en stimulatie in het centrale en perifere zenuwstelsel. CorTec vervaardigt ook hermetische kapsels die hoog-kanalige toepassingen ondersteunen. Elektroden en kapsels beschikken over 32 tot meer dan 200 kanalen, wat aanzienlijk meer afleidingen betekent dan vergelijkbare producten. "De technologie van CorTec combineert innovatieve oplossingen voor ontwerp, opbouw en verwerking met de beproefde materialen uit de medische technologie – vooral bij hoge kanaalcijfers. Hiermee kunnen toepassingen en therapieën worden gerealiseerd die tot nu toe niet mogelijk waren", legt Dr. Martin Schüttler, CTO en CEO van CorTec, uit.

Met de gepatenteerde 'AirRay'-elektroden-technologie doorbreekt CorTec de eerdere beperkingen in het elektrodengebied door middel van innovatieve en uiterst precieze fabricagecondities. Dit maakt bijzonder kleine contactdiameters van tot 25 μm mogelijk, waardoor de dichtheid van de elektroden in het arrangement aanzienlijk kan worden verhoogd. De gegevensverzameling kan daarmee een veelvoud aan kwaliteit winnen. De elektroden beschikken over uitstekende elektrochemische eigenschappen. Platinum-iridium of MP35N (legering op basis van nikkel-kobalt) zijn als elektrodemateriaal beschikbaar, optioneel met hoogwaardig gecoate lagen die de stimulatie-impulsen naar het biologische weefsel verder verbeteren. Ook kunnen de mechanische eigenschappen van de elektrode worden aangepast aan individuele behoeften.

Communicatie met implantaat via hoogfrequentietechniek of infrarood

Naast de 'AirRay'-elektroden-technologie biedt CorTec in haar portfolio andere producten voor het vervaardigen van actieve implantaten, zoals een hermetische capsule op keramische basis. Dikke-laag technologie maakt hier honderden elektrische geleidingen mogelijk, heel anders dan bij conventionele kapsels. De keramische capsule van CorTec is bovendien doorlatend voor elektromagnetische golven, wat communicatie met het implantaat via hoogfrequentietechniek of infrarood en draadloze energieoverdracht mogelijk maakt. De keramische kapsels zijn zo ontworpen dat ze mechanische belastingen, zoals die bij cochleaire implantaten, kunnen weerstaan. CorTec Brain Interchange brengt al deze componenten samen in een systeem dat de neuronale activiteit kan meten, analyseren en op basis daarvan met gerichte stimulatie het zenuwstelsel kan beïnvloeden. Deze zogenaamde closed-loop functionaliteit opent talloze toepassingsmogelijkheden voor individuele en gerichte neurotherapieën. De toepassingen van het systeem variëren van het besturen van assistentiesystemen bij verlamming tot gerichte diepe hersenstimulatie, stroke-revalidatie en epilepsie-interventies. De eerste prototypes van het systeem bevinden zich in preklinische tests. Eerste klinische pilotstudies worden voorbereid.

Additieve processen voor gepersonaliseerde implantaten

Een ander onderwerp dat sinds jaren aan belang wint bij COMPAMED zijn additieve processen. Het 'bot uit de printer' is ontwikkeld door het Fraunhofer IKTS-instituut. Het moet worden ingezet bij ontsierende defecten in het gezicht of bij botmetastaserende tumoren. Onder dergelijke omstandigheden is de levenskwaliteit van de patiënten ook daarom aanzienlijk beperkt, omdat getroffen botten plotseling zonder externe invloed kunnen breken. Keramische botimplantaten, millimeter-precies afgestemd op de anatomie van de patiënt, zouden mogelijk het lijden van de getroffen personen kunnen verlichten. Het keramische vervangingsmateriaal van IKTS wordt in twee stappen vervaardigd: de keramische schaal wordt 3D-geprint, waarna de vulling – een keramisch schuim – wordt ingesloten. De additieve productie van de schaal maakt gepersonaliseerde afstemming op de skeletstructuur mogelijk, terwijl de poreuze schuimvulling de patiëntspecifieke aanpassingen van de porositeit mogelijk maakt. Het schuim ondersteunt de celdeling, is drukvast en bioactief. Juist deze combinatie van proces en materiaal is het grote voordeel van de nieuwe oplossing. We werken met commercieel verkrijgbare materialen zoals hydroxylapatiet of tricalciumfosfaat en starten nu met de biologische tests van onze stoffen, legt Dr. Matthias Ahlhelm, projectleider bij IKTS, uit.

Microsystemen uit de 3D-printer

Ook op het gebied van 3D-printen is Multiphoton Optics actief. Het bedrijf is fabrikant van een uiterst precieze 3D-drukplatform ('LithoProf3D') en software ('LithoSoft3D') voor de additieve en subtractieve fabricage van willekeurig gevormde structuren, vervaardigd in volume of op het oppervlak van materialen. De technologie ondersteunt de uiterst precieze productie van 3D-optische interconnects, asferische of vrije vorm micro-optieken, biomedische producten zoals scaffolds voor weefselengineering, microfluidische cellen en drug delivery-structuren. Recent heeft Multiphoton Optics de mogelijkheden van het 3D-drukplatform gedemonstreerd door stapels microsystemen te produceren. De stapels lijken op endoscopische optiek, bestaande uit vijf verschillende individuele vrije vorm lenzen en andere structuren, dat wil zeggen in totaal tien verschillend gevormde oppervlakken. Microsystemen vormen steeds vaker kerncomponenten van hooggeïntegreerde medische systemen. Hiervoor zullen wij op COMPAMED exposities tonen die de prestaties van ons proces ook voor deze sector aantonen, zegt Felix Kiesel, Director of Sales bij Multiphoton Optics.

Een ander hoogtepunt van COMPAMED 2017 is de 'Cobra'-productlijn van Silicon Microstructures (SMI) Inc., de eerste commercieel verkrijgbare druksensor met een aangesloten kabel die in instrumenten met een Charrière-diameter past. Charrière is in de geneeskunde een maat voor de buitenmaat van katheters en canules, waarbij drie Charrière overeenkomt met één millimeter. De sensoren zijn klein (220 micrometer breed), stabiel en slim, en er zijn een temperatuurgecompenseerde, digitale of versterkte analoge versie. Op de beurs toont SMI hoe deze sensorconfiguratie risico's kan verminderen bij urodynamiek, endourologie, cardiologie, spoedeisende chirurgie, hersendrukmonitoring en andere procedures.

De wereld van kleine en kleinste oplossingen voor medische technologie blijft dus een belangrijk onderdeel van COMPAMED in Düsseldorf – zoals in voorgaande jaren ook gepresenteerd en verdiept tijdens het COMPAMED HIGHTECH FORUM van IVAM in hal 8a. De focus ligt dit jaar naast microsystemen op nanotechnologieën, productietechniek en procesbesturing. Parallel hieraan geven specialisten tijdens het COMPAMED SUPPLIERS FORUM van vakblad DeviceMed in hal 8b presentaties over actuele ontwikkelingen langs de hele procesketen van medische technologie. Dit jaar staan digitalisering, wearables, 3D-printen en regelgeving centraal.