Abstracts des Vortrags von GED-Geschäftsführer Hanno Platz auf dem Fachsymposium 2021 des HybridSensorNet e. V.
Integration von modernster Sensorik und Aktorik
Intelligente elektronische Pflaster können heute weit mehr als nur Wunden abdecken: Mit entsprechender Sensorik ausgestattet, überwachen sie Körperparameter wie Temperatur, Feuchtigkeit, pH-Wert, Sauerstoffsättigung und elektrische Potenziale.
Mehr als 3 Millionen Patienten benötigen allein in Deutschland eine langfristige Behandlung chronischer Wunden. Im EU-Projekt ULIMPIA (Ultraschallsensoren für intelligente medizinische Pflaster) hat GED gemeinsam mit 17 Partnerinnen und Partnern aus sechs Ländern ein intelligentes Pflaster entwickelt, das auch physikalische Prozesse tief im Körper erkennen kann – etwa indem es der Blutdruck misst, oder die Blasentätigkeit überwacht. Dazu kombinieren die Forschenden hochmoderne MEMS-Ultra-Sound-Technologie (CMUT) von Philipps mit Innovationen in der konformen Patch-Technologie.
Wissenschaftler des deutschen Konsortiums entwickelten im Rahmen des Projekts eine Packaging-Technologie zur Integration von Sensoren und Ultraschall-Aktoren. GED hat dabei zusammen mit NXP Semiconductors die Entwicklung der Elektronik übernommen. Für die 4 unterschiedlichen Demonstratoren wurde ein BLE-Controller-Modul entwickelt sowie das anspruchsvolle Powerkonzept, mit Lowpower-Sensorik und Hochspannungserzeugung von 5 Volt auf +/- 30 Volt und 150 Volt zur Ansteuerung der CMUT-Ultraschallsensoren.
Bei der Entwicklung konnte GED aus Know-how und Erfahrungen von Vorgängerprojekten schöpfen wie FreiForm und HySep – zwei BMBF-Projekte, bei denen innovative Konzepte für die Multisensor-Integration entwickelt wurden. Für die neue Generation der IoT-Sensoren (IoT, Internet of Things) und der Healthcare-Sensorik liegen die Aufgaben ähnlich:
- Aufbereitung der analogen und digitalen Sensorsignale,
- Vorverarbeitung der Sensordaten auf dem µController,
- energiesparender Langzeitbetrieb,
- gesteuerte Datenübertragung per Funk,
- Adaption an die Messapplikation,
- Verpacken im Gehäuse.
Die Herausforderungen in der Entwicklung des ULIMPIA-Pflasters waren sehr vielfältig:
- modulares NXP-Mikrocontroller-Modul mit BLE-Funk und Antenne,
- Umsetzung der kleinen Sensorsignale in digitale Größen,
- Spannungsversorgung mit Lowpower-Funktion,
- Spannungserzeugung von 5V Akkuspannung auf +/- 30 Volt und 150 Volt,
- Adaptierung des Ph-Foliensensors von Fraunhofer (mit15µm Leiterstrukturen),
- Elektrische Kontaktierung eines dehnbaren Sensor-Patches,
- Aktor-Steuerung für ein Flächen-Heizpatch mit 5 Watt Leistung,
- Interconnection zwischen Sensorebene und Controllermodul,
- Packaging Feuchtesensor und Füllstandsensor als leitendes Gewebe.
Im Rahmen der 3-jährigen Kooperationsentwicklung entstanden neue Anforderungen und Gesichtspunkte. Normativen Anforderungen des Medizinproduktegesetzes, aber auch Umweltaspekte machten Änderungen bzw. Anpassungen der Aufbaukonzepte erforderlich. Im Vortrag werden die einzelnen Technologien und Disziplinen erläutert.
Ergebnis der Entwicklung ist ein hautfreundliches, flexibles Sensor-Pflaster mit den zugehörigen Mikroelektronik-Komponenten für Datenerfassung und Funkverbindung. Daten und Alarmzustände werden kontinuierlich per BLE-Funk auf eine App übertragen. Die entstandene Plattform kann für unterschiedliche Sensoraufgaben genutzt werden. Der Fokus liegt auf Produkten mit medizinischen Anwendungen.
