Mikrotechnik: Die fünf wichtigsten Technologien

Mikrotechnik hat winzige Dimensionen, aber eine riesige Wirkung: Auf kleinsten Flächen entstehen komplexe Bauteile und Systeme, die lebenswichtige Daten erfassen, Signale auswerten und Therapien steuern.

In der heutigen Medizintechnik sind diese Mikrokonstruktionen unverzichtbar, denn sie ermöglichen nicht nur minimalinvasive Diagnoseverfahren und smarte Implantate, sondern auch Behandlungen, die noch vor wenigen Jahren undenkbar schienen. Das macht die Mikrotechnik zu einem der spannendsten Felder moderner Ingenieurskunst. In diesem Artikel geben wir Ihnen einen Überblick über die fünf wichtigsten Technologien innerhalb der Mikrotechnik und ihre Einsatzgebiete.

Die Vorteile der Mikrotechnik liegen in hoher Präzision, geringer Masse und minimalem Platzbedarf. Gleichzeitig sind Entwicklungskosten und Fertigungsaufwand oft deutlich höher als bei konventionellen Komponenten. Mikrotechnik rechnet sich überall dort, wo hohe Stückzahlen, anspruchsvolle Funktionalität oder die positive Auswirkung der Miniaturisierung für die Therapie überwiegen, etwa bei tragbaren Diagnosegeräten oder implantierbaren Systemen.

… umfasst miniaturisierte Sensoren, die physikalische, chemische oder biologische Daten detektieren. Zu den Schlüsseltechnologien zählen MEMS- (Mikroelektromechanische Systeme) und NEMS-Bauelemente (Nanoelektromechanische Systeme), piezoresistive Drucksensoren, kapazitive Beschleunigungsmesser und elektrochemische Biosensoren. In der Medizintechnik finden sie Anwendung etwa in Infusionspumpen, wo sie präzise Durchfluss- und Druckmessungen in Echtzeit liefern. Ein zweites Beispiel sind implantierbare Glukosesensoren, die kontinuierlich den Blutzucker überwachen und an Insulinpumpen oder mobile Endgeräte weiterleiten.

… bezeichnet die Integration elektronischer Schaltungen auf Halbleiterchips im Mikrometerbereich. Zu den relevanten Fertigungsverfahren gehören CMOS-Lithografie, Silizium-Germanium-Transistoren und 3D-Integration für höhere Packungsdichte. In der Medizintechnik steuern mikroelektronische Chips beispielsweise Herzschrittmacher, indem sie EKG-Signale auswerten und elektrotherapeutische Impulse dosieren. Ferner kommen sie in tragbaren EKG-Monitoren zum Einsatz, die mittels integrierter Verstärker- und Filterstufen schwache Herzströme erfassen.

… befasst sich mit optischen Elementen und Systemen im Mikrometerbereich. Typische Technologien sind Mikro-Linsenarrays, diffraktive optische Elemente (DOEs) und optische Wellenleiter aus Silizium oder Polymer. In der Medizintechnik dienen Mikrooptiken in Endoskopen, wo sie Licht führen, bündeln und Bilder von Organen und Gewebe liefern. Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind Lab-on-a-Chip-Systeme, bei denen Mikrooptiken Fluoreszenzsignale in biologischen Proben detektieren und dadurch schnelle Diagnosen ermöglichen.

… beschreibt den Transport und die Verarbeitung winziger Flüssigkeitsmengen in Kanälen mit Durchmessern von wenigen bis zu hundert Mikrometern. Schlüsseltechnologien sind beispielsweise Soft-Lithografie mit Polydimethylsiloxan (PDMS) und Mikrokanal-Ätzen in Glas oder Silizium. In der Medizintechnik finden Mikrofluidik-Chips Anwendung in Point-of-Care-Diagnostik, etwa für multiplexe Bluttests auf Pathogene, sowie in Organ-on-a-Chip-Systemen, die pharmakologische Wirkungen an miniaturisiertem Zellgewebe simulieren.

… umfasst Fertigungsverfahren zur spanenden, abtragenden oder formgebenden Herstellung winziger Strukturen. Verfahren wie Lasermikrobearbeitung, ultraschallunterstütztes Bohren, elektrochemisches Abtragen (ECM) und reaktives Ionenätzen (RIE) kommen zum Einsatz. Diese Techniken sind vorteilhaft, wenn geometrische Komplexität und Oberflächengenauigkeit im Submikrometerbereich gefordert sind, zum Beispiel bei Nadeln für schmerzfreie Injektionen oder bei Stents.

Die Mikrotechnik entwickelt sich derzeit in Richtung stärkerer Integration von Funktionen (Sensorik, Aktorik, Datenverarbeitung) auf minimaler Fläche und zunehmender Vernetzung für das Internet of Medical Things (IomT). Trends sind biokompatible Materialien für Implantate, weiter miniaturisierte Energiespeicher sowie KI-gestützte Sensordatenanalyse direkt am Chip (Edge Computing).Dies ermöglicht smartere, effizientere und patientenfreundlichere Medizintechniklösungen. Mit steigender Automatisierung in der Fertigung und fallenden Stückkosten gewinnt Mikrotechnik in immer mehr Bereichen wirtschaftliche Bedeutung – von Wearables bis zu minimalinvasiven Therapiesystemen.