Flexible mikroelektromechanische Implantate für den chronischen Einsatz

Der Einsatz von elektrisch aktiven medizinischen Implantaten, wie Herzschrittmachern oder Cochleaimplantaten, trägt dazu bei, die Lebensqualität von vielen Menschen erheblich zu verbessern. Die Verkapselung dieser Implantate erfolgt durch massive und voluminöse Gehäuse aus Titan oder Keramik. Diese erlauben es nicht, die durch die fortschreitende Miniaturisierung von Halbleitern und Sensoren entstehenden Vorteile zu nutzen. In dieser Arbeit wird eine Hypothese vorgestellt, die die Mindestanforderungen für die erfolgreiche Verkapselung von Implantaten beschreibt. Auf Grundlage der Hypothese entsteht ein neues auf Dünnfilmen und Polymeren basierendes Konzept, das es erlaubt Implantate mechanisch flexibel zu verkapseln. Es werden verschiedene Testverfahren vorgestellt, die zum einen die Hypothese verifizieren und zum anderen prüfen ob ein Material die Anforderungen der Hypothese erfüllt. Von den untersuchten Materialien hat sich Siliziumnitrid und Siliziumoxid als ungeeignet für die Verkapselung erwiesen, während Tantalpentoxid, ein Nanolaminat aus Aluminium- und Zirkonoxid sowie Silikon gute Ergebnisse zeigten. Exemplarisch wurde eine Verkapselung aus den erfolgreich getesteten Materialien Tantalpentoxid und Silikon an einem kapazitiven Drucksensor untersucht. Die Ergebnisse der beschleunigten Alterung des Sensors zeigten nur geringe Auswirkungen auf dessen Kennlinie und lassen für die menschliche Körpertemperatur von 37 °C auf eine mindestens zehnjährige Lebensdauer des Sensors schließen. Das anhand der Hypothese erarbeite Verkapselungskonzept hat sich im Zusammenspiel mit den Testverfahren für die Auswahl der Verkapselungsmaterialien als erfolgreich erwiesen. Seine Anwendung für die Verkapselung von flexiblen Implantaten ist daher sehr vielversprechend.