Was tun, wenn Kupfer Gift ist?

Dr. Christoph Lehnberger, Vertriebsleiter, Andus Electronic, Berlin

Die besonderen Anforderungen der Medizintechnik auch an die Elektronik zeigt das Beispiel Kupfer. Es ist wegen seiner Leitfähigkeit in der Leiterplattentechnik das mit Abstand meist verwendete Metall. Dagegen ist Kupfer für viele Mikroorganismen bereits in geringen Konzentrationen toxisch (für Wirbeltiere und insbesondere für den Menschen ist Kupfer in geringen Mengen unschädlich, wird sogar im Stoffwechsel benötigt). Wenn es in der Medizintechnik um biokompatible Elemente mit direktem Kontakt zu biologisch aktiven Substraten geht, muss man also auf das cytotoxikologisch wirksame Kupfer verzichten. Für Sensor- und Aktor-Elektroden auf Leiterplattenbasis werden in der herstellung deshalb statt Kupfer Edelstahl oder Aluminium verwendet.

Ein anderes Beispiel dafür, wie die Medizintechnik bereits in die Herstellung von Leiterplatten eingreift sind Ferritkerne von individueller Form. Sie werden in Leiterplatten eingebettet, um Magnetfelder zu bündeln und somit effektive Magnetfeldmessungen zu ermöglichen. Diese Methode wird nicht nur in der biomedizinischen Forschung und Entwicklung angewendet, sondern zum Beispiel auch in der Umwelt- und Verfahrenstechnik.

Auch Sensoren für andere physikalische Größen können direkt in Leiterplattentechnik realisiert werden. So produziert der Berliner Leiterplatten-Hersteller auch bildgebende Ionisationsdetektoren für die medizinische und industrielle Röntgenanalytik.

Einfache kapazitive Sensorstrukturen lassen sich meist ebenfalls problemlos direkt auf den Leiterplatten strukturieren. So werden die Messwertgeber und die Auswertungselektronik auf einem Träger platzsparend integriert. Ob kapazitive Feuchtemessung von Geweben oder Leitfähigkeits- und Potentialmessungen – von der Diagnostik bis zur Kosmetik sind Leiterplatten als direkte Sensorelemente in der Entwicklung.

Einige besonders kleine Beispiele zeigen die Leistungsfähigkeit auf, die von der Medizintechnik gefragt ist: Für eine Microleuchte produziert Andus eine kleine Leiterplatte, die mit zwei Leuchtdioden-Chips bestückt wird. Die nur 0,05 mm dicke zweiseitige Leiterplatte mit Durchkontaktierungen ist mit einem Durchmesser von 0,8 mm so schmal wie eine Pinnadel.

Als wichtiges Thema kristallisiert sich immer stärker die Integration von Pneumatik und Elektronik zur sogenannten Pneumatronik heraus. Es macht Sinn, die intelligente Steuerung von medizinischen Gasen durch Leiterplatten mit integrierten Kanälen zu lösen. In bisherigen Anlagen sind beide Bereiche streng getrennt in sehr komplexen Strukturen aufgebaut. Das Ziel beim Projekt Pneumatronik ist die Reduktion der Zahl von Einzelkomponenten und damit kompaktere und zuverlässigere Systeme. So werden Schläuche, Anschlusselemente, Ventile, Mischer und andere mechanische oder elektomechanische Komponenten zum Teil überflüssig oder können künftig durch einfachere Konstruktionen ersetzt werden.

Die biochemische Sequenzierung von Polymeren ist ein temperaturgesteuerter Prozess. Je schneller die Temperaturzyklen, desto effektiver ist die Analyse. Andus hat eine Heatsink-Leiterplatte entwickelt, die in kürzester Zeit hohe Wärmemengen in einer 3 mm dicken Kupferplatte speichert. Spezielle Micropeltier-Elemente auf Halbleiterbasis werden direkt auf das Kupfer montiert und sorgen für die extremen Wärmeströme.

Microflex-Adapter von Andus werden in der Hirnforschung eingesetzt. Zwei Folienstreifen von einem Millimeter Breite kontaktieren insgesamt acht parallele Signale. Dazu dienen die nur 60 µm breiten, vergoldeten Kontaktierungsflächen.

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