Neue Materialien schaffen leistungsfähigere Sensorsysteme

Die Leistungsfähigkeit medizinischer Sensoren wird zunehmend durch Fortschritte bei Materialien, Oberflächen und Fertigungstechnologien mitbestimmt. Fortschritte in diesen Bereichen eröffnen neue Möglichkeiten, Sensoren empfindlicher, robuster und nachhaltiger zu gestalten. Damit entstehen wichtige Voraussetzungen, um Diagnostik und Monitoring künftig zuverlässiger in klinische und patientennahe Anwendungen zu integrieren.

Ein Ansatz setzt auf leistungsfähigere thermoelektrische Materialien für Infrarot-Sensorarrays. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme (Fraunhofer IPMS) entwickeln gemeinsam mit Heimann Sensor und dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW Dresden) eine CMOS-kompatible MEMS-Technologie, die eine deutlich höhere Temperaturauflösung ermöglichen soll. Ziel sind Sensoren mit einer Temperaturauflösung von unter 20 Millikelvin bei Pixelgrößen von weniger als 45 Mikrometern.

Die höhere Sensitivität könnte unter anderem Anwendungen in der medizinischen Thermografie unterstützen, etwa bei der Erkennung äußerlich sichtbarer Entzündungen oder zur Unterstützung der Krebsfrüherkennung. Gleichzeitig schaffen die entwickelten Fertigungsprozesse die Grundlage für eine spätere Integration der neuen Materialien in industrielle Produktionslinien.

Neben der Empfindlichkeit rückt auch die Langzeitstabilität von Sensoren in den Fokus. Forschende des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben eine Sensoroberfläche für die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) entwickelt, die Wirkstoffe in Blutplasma empfindlich nachweisen kann und gleichzeitig deutlich stabiler ist als vergleichbare Silberoberflächen.

Durch einen neuen chemischen Ansatz bleiben die hochverzweigten Silberstrukturen über mindestens sieben Monate unter normalen Lagerbedingungen messfähig. Damit adressiert die Entwicklung eine zentrale Voraussetzung für den späteren Einsatz in klinischen Abläufen. Perspektivisch könnte die Technologie mit portablen Raman-Systemen kombiniert und in Point-of-Care-Workflows integriert werden, um die Überwachung von Wirkstoffkonzentrationen im Blutplasma direkt vor Ort zu unterstützen.

Ein weiterer Entwicklungsansatz verbindet Sensorleistung mit nachhaltigen Materialkonzepten. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) hat gedruckte Magnetfeldsensoren aus Eisen, Eisenoxid sowie biobasierten Materialien wie Zellulose oder Stärke entwickelt. Die Sensoren kommen ohne potenziell problematische Materialien wie Nickel oder Kobalt aus und werden mithilfe industrieller Druckverfahren ressourcenschonend hergestellt.

Die Technologie ist insbesondere für Anwendungen interessant, bei denen Sensoren nur für einen begrenzten Zeitraum benötigt werden. Dazu zählen unter anderem medizinische Einwegprodukte, für die kontrolliert abbaubare oder recycelbare Materialkonzepte künftig neue Möglichkeiten eröffnen könnten.

Die drei Entwicklungen verdeutlichen, dass Innovationen in der Medizintechnik bereits auf Material- und Komponentenebene beginnen. Neue Materialien, optimierte Oberflächen und fortschrittliche Fertigungstechnologien bilden die Grundlage für verbesserte, vielfältige Lösungen für Sensorsysteme. Für Hersteller medizinischer Geräte eröffnen diese Technologien neue Möglichkeiten, Sensoren für Diagnostik und Monitoring zuverlässiger, skalierbarer und besser für den späteren Praxiseinsatz auszulegen.

Quellen: Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V., Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf