LightBridge – Elektroniksystem für die transkutane drahtlose Energieversorgung eines aktiven Implantates

Für die Energieversorgung von aktiven Implantaten wird im Verbundprojekt »LightBridge« eine optische Übertragungsstrecke entwickelt mit der infrarotes Licht durch die Haut in den Körper gesendet wird. Das Konsortium entwickelt hierfür hocheffiziente Photovoltaikzellen und kombiniert diese mit halbleiterbasierten Lichtquellen. Neben der optischen Energieübertragung werden Fragen zur Biokompatibilität, Langzeitfunktion und Sicherheit im Magnetresonanztomografen bearbeitet.

Motivation

Als Schlüsseltechnologie bildet die Mikroelektronik die Grundlage zahlreicher Innovationen im Bereich der intelligenten Medizintechnik. Der medizinische Einsatz stellt dabei spezielle Anforderungen an das Elektroniksystem, zum Beispiel hinsichtlich Biokompatibilität, Zuverlässigkeit, Energieverbrauch und Integrationsfähigkeit. Zudem muss eine Vielfalt heterogener Bestandteile zusammengeführt werden, darunter sensorische und aktorische Baugruppen sowie Komponenten zur Signalverarbeitung, Kommunikation und Energieerzeugung. Im Ergebnis wird so die technologische Basis für eine verbesserte Patientenversorgung geschaffen.

Ziele

Ziel des Vorhabens ist die Demonstration einer optischen Verbindung zur transkutanen optischen Energieübertragung. Prototypisch für aktive Implantate wird für das CorTec Brain Interchange (BIC) Neuromodulations-Implantat ein Demonstrator entwickelt und aufgebaut, anhand dessen diese optische Verbindung getestet wird. Durch Modulation des Lichts soll zudem die Übertragung von Daten über diese transkutane »Lichtbrücke« gezeigt werden. Für die Umsetzung werden angepasste hocheffiziente Photovoltaikzellen, sogenannten Mehrfachzellen auf Basis mehrerer gestapelter Teilzellen, und eine Dünnschichttechnologie mit verspiegelter Rückseite entwickelt.

Innovationen und Perspektiven

Die kabellose Energieversorgung und Ansteuerung von aktiven Implantaten eröffnet Wege für neuartige drahtlose Medizinprodukte mit vielseitigen Anwendungen: von der Therapie chronischer Lähmungen, über verbesserte Behandlung von Parkinson, Schmerz, Epilepsie oder psychiatrischen Erkrankungen, bis hin zu sensorischen Implantaten für die Wiedererlangung von Sehen (z.B. Retinaimplantate) und Hören (Cochleaimplantate), oder für die Erforschung des Gehirns. Die Lichtbrücken-Technologie eröffnet Chancen, Mikroimplantate sicherer für die Magnetresonanztomografie (MRT) zu machen. Damit ergeben sich für Patienten wie auch für die Forschung verbesserte diagnostische Möglichkeiten.

Die im Projekt erarbeiteten Innovationen werden als Schlüsseltechnologien vielfältige weitere Anwendungsfelder innerhalb und außerhalb der Medizintechnik-Branche befruchten.