COMPAMED Innovationsforum 2023: Daarom is hightech-sensoriek onmisbaar in de gezondheidszorg

Internationale toonaangevende platform voor de toeleveringssector van de medische technologie-industrie - de COMPAMED in Düsseldorf (© Constanze Tillmann) / Het toonaangevende internationale platform voor leveranciers in de medische technologie-industrie - COMPAMED in Düsseldorf (© Constanze Tillmann)

Sensor-toepassing voor continue monitoring van de lichaamstemperatuur van TCor (© Constanze Tillmann)

Wereldwijd stijgen de gezondheidsuitgaven, in bijna alle lidstaten van de OESO zelfs sneller dan hun respectieve capaciteit. Moderne technologieën kunnen echter een bijdrage leveren aan het beteugelen van deze ontwikkeling, terwijl de kwaliteit van de zorg wordt gewaarborgd en het personeel wordt ontlast (sleutelwoord: "tekort aan vakbekwame krachten"). Dit geldt vooral voor sensoren die een steeds belangrijkere rol spelen in de medische technologie, om medische apparaten nog krachtiger en veiliger te maken en de bediening te vereenvoudigen. Hoe dat kan lukken en hoe hightech-sensoriek ook een bijdrage kan leveren aan innovatieve preventie en gepersonaliseerde therapie, daarover informeerde het COMPAMED Innovatieforum 2023 op 12 juni. Het digitale forum, dat gezamenlijk werd georganiseerd door de beurs Düsseldorf en de IVAM vakvereniging voor microtechnologie, vindt jaarlijks plaats en moet volgens Dr. Thomas R. Dietrich, directeur van IVAM, "een platform zijn voor onderzoek en ondernemerschap, om partnerschappen te sluiten en innovaties te stimuleren".

De betekenis van het thema van dit jaar wordt al geïllustreerd door cijfers: volgens het marktonderzoeksbureau Mordor Intelligence werd de wereldwijde markt voor medische sensoren in 2021 geschat op 6,02 miljard US dollar en zal deze tot 2027 groeien tot 10,28 miljard USD, wat neerkomt op een jaarlijkse groeisnelheid van bijna 10 procent in de periode van 2022 tot 2027. De ontwikkeling van nieuwe apparaten die snellere analyses mogelijk maken, mogelijke kostenbesparingen en gebruiksvriendelijkheid dragen wezenlijk bij aan deze groei van medische sensoren.

Chronische ziekten zoals diabetes, hart- en vaatziekten en astma kunnen effectief worden bewaakt met moderne sensoren, zodat afwijkingen snel worden herkend en de therapie gericht kan worden aangepast. Toonaangevende internationale experts toonden in hun bijdragen op het COMPAMED Innovatieforum concrete voorbeelden van de integratie van moderne sensoriek in medische hulpmiddelen, diagnose- of behandelingsapparaten.

Multifunctionele sensorknooppunten moeten nosocomiale infecties verminderen

Het Griekse bedrijf ES Systems heeft daarom een sensorknooppunt-systeem ontwikkeld voor gebruik in medische instellingen dat gegevens in realtime verzamelt en mogelijk microbiële besmettingen identificeert. Het systeem is gebaseerd op sensorknooppunten, een gateway en een cloud. De sensoren zijn via een "LoRaWAN"-communicatie ("Long Range Wide Area Network") verbonden met de lokale gateway, de verbinding met de cloud wordt verzekerd via een eenvoudige QR-code scan. De installatie is zeer eenvoudig, afhankelijk van de datarate is een autonoom gebruik tot wel een jaar mogelijk. De sensorknooppunten meten omgevingsparameters zoals temperatuur, druk, vochtigheid en lichtsterkte, maar ook kooldioxideniveau, VOC (vluchtige organische verbindingen), deeltjes en aanwezigheid van personen. In een pilottoepassing in een Grieks ziekenhuis werden drie operatiekamers, drie recepties, twee patiëntenkamers en een verpleegpost uitgerust met de sensorknooppunten. Door de slimme analyse van grote hoeveelheden data kunnen goede conclusies worden getrokken over de belastingssituatie. Soms werden al verbeteringen bereikt door het vervangen van luchtcirculatieapparaten en filters in de operatiekamers: "De gemonitorde deeltjes konden worden verminderd en daarmee het infectierisico voor patiënten worden verkleind", meldde Nikolas Valantassis, Business Development Manager bij ES Systems, in zijn forumbijdrage. De pilot toont aan dat het gebruik van verfijnde sensoriek het risico op nosocomiale infecties zeker kan verbeteren.

Piezotechnologie voor ultrasoonsensoren

Bijna 30 jaar houdt PI Ceramic zich bezig met piezotechnologie, die dankzij haar bijzondere eigenschappen belangrijke bijdragen levert aan de medisch-technische sensoriek. Kernwoorden hier zijn precisie met een resolutie tot in het picometergebied, dynamiek met een reactietijd in microseconden, energie-efficiëntie die ook batterijgevoede toepassingen mogelijk maakt, compacte bouwvorm met afmetingen in millimeters en een bidirectioneel gebruik als sensoren en actuatoren. Al vandaag de dag vervullen piezotechnologische onderdelen belangrijke functies in diagnostische beeldvorming, in minimaal-invasieve apparaten (bijvoorbeeld naaldpunt-tracking), als stromingssensoren (bijvoorbeeld voor het detecteren van luchtbellen en snelheid), voor vulstanddetectie, als druksensoren en in de bewaking van apparaatstatussen, in microscopie of houdingsveranderingen onder andere bij gebruik in wearables.

In verschillende situaties is de automatische bewaking van medische processen levensbelangrijk. Met apparaten voor patiëntmonitoring kunnen vitale waarden continu worden gecontroleerd en geëvalueerd, om de juiste diagnose te stellen en bij mogelijke afwijkingen onmiddellijk te kunnen ingrijpen. Daarbij is een contactloze en zachte bewaking van groot belang. Ultrasoonsensoren op basis van piezocomponenten, die op de slangen van de bewakingsapparaten kunnen worden aangebracht, zijn hiervoor ideaal – ultrasone golven dringen van buitenaf het slang in en bieden zo contactloze bewaking. Met behulp van ultrasoonsensoren kunnen bovendien verschillende media worden bewaakt, bijvoorbeeld kan de gasdoorstroming van beademingsapparaten contactloos en contaminatievrij worden gemeten of kunnen levensbedreigende luchtbellen in slangen zoals hart-longmachines of dialyseapparaten worden herkend. In de ultrasoonsensoren worden piezocomponenten geïntegreerd die verantwoordelijk zijn voor de generatie van ultrasone golven. PI Ceramic produceert deze piezo-elementen – specifiek afgestemd op de wensen van de klanten. "Wij beschikken over diverse mogelijkheden voor vormgeving, afhankelijk van het toepassingsgebied", aldus Sandra Niederschuh, productmanager bij PI Ceramic.

Elektronische neus moet de medische diagnostiek revolutioneren

Dankzij hightech-camera's en -microfoons kunnen machines tegenwoordig al zien en horen. Niet minder dan de digitalisering van een andere zintuig hebben de partners SmartNanotubes Technologies en duotec zich ten doel gesteld – dat van de reukzin. "Onze elektronische neus is een werkelijk disruptieve technologie die vele toepassingen zal revolutioneren, van procesbewaking tot medische diagnostiek", verheugt Dr. Viktor Bezugly, CEO van Smart NanoTubes. In vergelijking met conventionele gassensoren zijn de Smart NanoTubes-sensoren hoog-sensitief, energie-efficiënt, compact en lichtgewicht, en kosteneffectief. Het gebruik ervan maakt complexe patroonherkenning mogelijk, zoals typisch is voor geuren. Meerdere sensoren creëren een "geurpatroon", een zelflerende software vergelijkt deze patronen met een bibliotheek en onderscheidt zo gassen van geuren. De cloudgebaseerde database groeit voortdurend, inmiddels worden meer dan 1.000 gebruikers voorzien. "Ons doel is bijvoorbeeld de vroege herkenning van incontinentie binnen slechts vijf minuten, wat kostenbesparingen tot 100 euro per incident kan opleveren door verminderde reinigingskosten", aldus Bezugly in zijn forumbijdrage. De ontwikkeling is inmiddels zo ver gevorderd dat een marktintroductie met eerste producten al in 2024 mogelijk zou kunnen worden.

Photonische biosensoren voor kankerherkenning

In de afgelopen tien jaar zijn biosensortechnologieën ontwikkeld die een gevoelige en kwantitatieve detectie van biomarkers (indicatormoleculen, bijvoorbeeld speciale eiwitten of DNA) voor ziekten zoals kanker, hart- en vaatziekten en infectieziekten mogelijk maken. Het Nederlandse bedrijf Surfix werkt op dit gebied met de fotonische biosensor. Deze hooggevoelige, snelle en markeringsvrije technologie biedt de mogelijkheid om meerdere biomarkers gelijktijdig aan te tonen. "Deze functie, samen met lage productiekosten en de optie om de productie eenvoudig te schalen, zal de wereld van medische diagnostiek revolutioneren door de point-of-care-diagnose en de behandeling van een breed scala aan ziekten mogelijk te maken", benadrukt Hans Dijk, Business Development Manager bij Surfix. De fotonische biosensor van Surfix combineert de fotonische biochip en de microfluïdische cartridge met intelligente technologieën voor de vloeistof- en optische interface in een geoptimaliseerd proces. Zowel de fotonische biochip als de microfluïdische cartridge profiteren van unieke nanobeschichtingen die de gevoeligheid van de sensor en de stroom van het monster verbeteren en de onbedoelde binding van biomoleculen verminderen. Het uitlezen van het signaal van de fotonische biosensor gebeurt met een desktop-lezer.

Fotonische biochips gebruiken licht in plaats van elektriciteit om de aanwezigheid van biomarkers te detecteren. Het licht beweegt door een spiraalvormige structuur op de chip, vergelijkbaar met een miniatuur-lichtgeleider. Receptor-moleculen die op het oppervlak van de fotonische biochip zijn aangebracht, kunnen op basis van bioherkenning selectief bepaalde biomarkers in een monster vangen en binden. De interactie tussen de receptor-moleculen en de biomarkers leidt tot een verandering in de eigenschappen van het licht, die wordt herkend en vertaald in een nuttig diagnostisch resultaat, bijvoorbeeld informatie over de aanwezigheid of de concentratie van een bepaald biomarker in het monster. Surfix richt zich op de ontwikkeling van diagnostica voor verschillende vormen van kanker en de detectie van oncologische biomarkers in vloeistofbiopsieën. "Potentieel kan elk biomolecuul worden herkend met behulp van het fotonische diagnoseplatform van Surfix", aldus Dijk.

Doelstelling in het APFEL-project: het slimme elektronische pleister

Het genezen van wonden is een probleem dat tot op heden nog niet volledig is begrepen en opgelost. Bij acute wonden vindt genezing plaats binnen enkele dagen tot weken, afhankelijk van de omvang van de verwonding. De eigenschap van een elektrische gradiënt om cellen in regeneratief weefsel gericht te laten migreren en te polariser, vormt het aangrijpingspunt voor de therapievormen die in het BMBF-project "APFEL" worden ontwikkeld: daarbij moet via een "slim elektronisch pleister" een versnelde en verbeterde wondgenezing worden bereikt. In samenwerking met partners onderzoekt het Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS) in dit project additieve processen voor de fabricage van meerlagige flexibele elektronische systemen. Inmiddels is een technologische demonstrator ontwikkeld voor een elektrisch actief wondpleister met gedrukte elektroden op flexibele substraten. In een scratch-assay werd een opening aangebracht in een cellenmat en het versnelde sluiten van deze "wond" werd aangetoond. "We hebben daarvoor zeefdrukprocessen aangepast voor de productie van geleidende en isolerende multilagen op flexibele substraten", meldde Valeri Fitz, wetenschappelijk medewerker bij de afdeling System Packaging van ENAS, tijdens het COMPAMED Innovatieforum. Daarnaast werden elektrische doorcontactvarianten voor dunne foliesubstraten en opbouw- en verbindingsmethoden voor de hybride integratie van traditionele elektronische componenten en bijbehorende besturings-elektronica ontwikkeld voor de test van de demonstratoren. Het resultaat is dat additieve fabricage kan worden ingezet voor de ontwikkeling van flexibele medische pads, die zowel in wondbehandeling als in diagnostiek kunnen worden toegepast.

Laserdioden voor het meten van de bloedsuikerspiegel – kosteneffectief en pijnloos

Trumpf Photonic Components beschikt al meer dan 20 jaar over ervaring met miniatuurlaserdioden, zogenaamde "VCSEL", wat staat voor "Vertical Cavity Surface Emitting Laser". Ze worden al gebruikt voor smartphones en horloges, digitale gegevensoverdracht en autonoom rijden. Trumpf, als wereldmarktleider voor VCSEL, wil met deze diodes nu ook diabetici ontlasten bij het meten van hun bloedsuikerspiegel. Het doel is een baanbrekende, niet-invasieve en draagbare sensor die kosteneffectief en volledig pijnloos de glucosespiegel in het bloed bewaakt. Het basisprincipe met fotonische componenten van TRUMPF is een monochromatische, gepolariseerde lichtbron die inelastische lichtverstrooiing in het nabij-infraroodgebied tussen 785 en 1.066 nanometer vertoont. "Terwijl huidige oplossingen gebruikmaken van neodymium-YAG-lasers met een golflengte van 1.060 nanometer, zien wij grote voordelen in Raman-spectroscopie. Bij ongeveer 800 nanometer is hun golflengte ideaal voor de glucosemeting, omdat hier de storende fluorescentie gering is, de verstrooiing voldoende en de laservermogen slechts gematigd", legt Dr. Cynthia Klett, productmanager bij TRUMPF Photonic Components, uit.

Volgens de International Diabetes Federation leven wereldwijd al ongeveer 540 miljoen mensen met de stofwisselingsziekte diabetes. Tot 2030 zou dat aantal kunnen stijgen tot 643 miljoen, en tot 2045 tot 783 miljoen. Tot nu toe heeft diabetes wereldwijd bijna 966 miljard dollar aan gezondheidskosten veroorzaakt. VCSEL-lasers maken de weg vrij voor een glucosesensor om de pols, die het leven van de getroffen personen aanzienlijk kan vergemakkelijken.

Indrukwekkend overzicht van de onderwerpen van COMPAMED 2023

"Sensor technologie voor preventie en gepersonaliseerde therapie" – zo luidde de headline van het dit jaar georganiseerde COMPAMED Innovatieforum. De gepresenteerde voorbeelden gaven een uitgebreide inhoudelijke "voorproef" op COMPAMED 2023 in Düsseldorf en toonden indrukwekkend de breedte van de technologieën en toepassingen die al jaren zo kenmerkend zijn voor de vakbeurs COMPAMED.

"De waarde van sensoriek voor de medische technologie is onschatbaar, omdat het de basis vormt voor nauwkeurige diagnoses, effectieve behandelingen en een verbeterde patiëntenzorg. De toekomstige ontwikkeling van sensoriek in de medische technologie belooft een steeds grotere reeks toepassingen, van geïmplanteerde sensoren voor de bewaking van chronische ziekten tot compacte en draagbare wearables die de gezondheid van mensen betrouwbaar en kosteneffectief continu kunnen monitoren", vat Dr. Thomas Dietrich, CEO van IVAM, samen tijdens het COMPAMED Innovatieforum 2023.

Wie zich verder wil overtuigen van de prestaties van de toeleveringssector van de medische technologie-industrie, is bij COMPAMED 2023 (van 13 tot 16 november) in de beurshallen 8a en 8b in Düsseldorf aan het juiste adres. In vijf belevingswerelden presenteren meer dan 700 exposanten zich met een overvloed aan hightech- en serviceoplossingen. De vijf belevingswerelden zijn: Manufacturing & Devices (onder andere componenten, onderdelen, fabricageprocessen), Services & Advice (bijvoorbeeld onderzoek, ontwikkeling, diensten), Materials (onder andere kunststoffen, glas, keramiek, metalen, composietmaterialen, lijmen, verpakkingen), Micro Tech (zoals microcomponenten, microfluidica) en IT in Tech (softwareontwikkeling en -onderhoud voor medische technologie).

De COMPAMED 2023 vindt, volgens vaste parallelle planning, gelijktijdig plaats met de internationaal toonaangevende medische beurs MEDICA 2023, waar dit jaar opnieuw meer dan 5.000 aanbieders van medische producten en technologie worden verwacht.