ENGINEERIGNET -- Al meer dan 50 jaar ondersteunen pacemakers het hart. Sindsdien is de ontwikkeling van micro-elektronische implantaten met rasse schreden vooruitgegaan: ze zijn steeds kleiner en technisch steeds geavanceerder geworden.
De trend is, om met miniaturen van intelligente systemen de therapeutische en diagnostische functies over te nemen. In de toekomst zullen bijvoorbeeld geïmplanteerde sensoren de bloedsuikerspiegel, bloeddruk of het zuurstofgehalte van tumoren in weefsel kunnen meten en patiëntendata via telemetrie kunnen doorgeven.
Doseersystemen voor medicamenten en infuuspompen kunnen daarop gericht medicijnen in het lichaam vrijgegeven en zo de bijwerkingen verminderen.
Al deze ontwikkelingen bestaan uit sensoren, actoren, signaalverwerkingseenheden en besturingselektronica en precies hier ligt ook het probleem: ze moeten allemaal worden voorzien van energie.
Accu's vallen meestal af op grond van een beperkte levensduur, want uiteindelijk blijven implantaten jarenlang in het lichaam.
Daarom worden meestal op radiogolven gebaseerde (HF) en inductieve systemen toegepast. Deze leveren echter op grond van hun plaats en positie verschillende beperkingen op in de bewegingsvrijheid en zijn bovendien beperkt met betrekking tot hun reikwijdte.
Een nieuw proces voor energietransport moet in de toekomst deze beperkingen van de huidige methode omzeilen.
Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Keramische Technologieën en Systemen IKTS in Hermsdorf is het gelukt om draadloos energie van een draagbare zender module naar een mobiel generatormodel, de ontvanger, over te brengen.
"De transfermodule in de vorm van een cilinder is zo klein en compact, dat deze kan worden bevestigd aan de broeksriem", zegt dr. Holger Lausch, wetenschapper bij het IKTS.
De zender levert een elektrisch vermogen van ruim 100 mW en heeft een reikwijdte van circa 50 cm. De ontvanger kan zich dus bijna overal in het lichaam bevinden.
"Met ons draagbare apparaat kunnen we dus contactloos implantaten, medicijn doseersystemen en andere medische toepassing in op afstand voorzien van energie, zoals bijvoorbeeld ingeslikte video-endoscopie-capsules, die het maag darmkanaal door gaan en beelden van het inwendige naar buiten sturen", aldus Lausch.
Het generatormodel kan onafhankelijk van de energie transfer altijd op zijn positie en plaats blijven. Als de generator dus in een video-endoscopie-capsule zit, is het aanvoeren van beelden uit bepaalde darmregio nu mogelijk.
Als ergens een doseer-capsule is geplaatst, kan deze de werkzame medicijnen zeer nauwkeurig ter plaatse vrijgegeven.
Maar hoe functioneert het nieuwe, reeds gepatenteerde systeem?
In de transfer module wekt een roterende, door een EC-motor aangedreven magneet een magnetisch draaiveld op. In de ontvanger bevindt zich een magneetkogel, die gekoppeld wordt aan het wisselende magnetische veld buiten en gaat daardoor zelf draaien.
Die roterende beweging wordt omgezet in elektriciteit. De energie wordt dus pas in het generatormodule opgewekt.
"Door de magnetische koppeling gaat de energie door alle niet magnetische materialen zoals biologisch weefsel, botten, organen, water, kunststof en zelfs verschillende metalen. Bovendien heeft het zo opgewekte magnetische veld geen schadelijke nevenwerkingen voor de mens. Het opwarmen van weefsel is uitgesloten", benadrukt Lausch de voordelen van het proces.
Omdat de modulen, die beschikbaar zijn als prototype, met het oog op de reikwijdte, afmetingen en het vermogen schaalbaar zijn, zijn ze niet alleen voor medische toepassingen te gebruiken.
Ze zouden ook in hermetisch afgesloten sensoren, zoals in wanden en bruggen, draadloos van energie kunnen worden voorzien.
Daarmee zijn ze geschikt voor de toepassing in machinebouw, installatiebouw en constructies. Ook het opladen van componenten voor energieopslag en het activeren van elektrische bouwelementen is denkbaar.
(GL)
