Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind zwar winzig klein, haben aber in der Medizintechnik eine enorme Bedeutung.

MEMS sind in vielen Applikationen zu finden, doch im medizinischen Bereich haben sie einen besonderen Stellenwert. Sie werden unter anderem als Temperatursensoren, Drucksensoren, Durchflusssensoren, akustische Sensoren, Gassensoren und Bildsensoren eingesetzt. MEMS-basierte Geräte gibt es in verschiedenen Konfigurationen, von Geräten ohne bewegliche Teile bis hin zu solchen mit vielen beweglichen Komponenten.

Der Einsatz der MEMS-Technologie ist zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Patientenüberwachung geworden. Für die Messung des intravaskulären Blutdrucks ist die MEMS-Technologie zum Beispiel unerlässlich. Einweg-Drucksensoren werden beispielsweise in den Infusionsschläuchen von Intensivpatienten verwendet und machen den größten Markt für MEMS-Drucksensoren aus. Solche Sensoren werden häufig auch in Beatmungsgeräten eingesetzt, um die Atmung des Patienten zu überwachen.

Neuerdings werden MEMS-Sensoren wegen ihrer drahtlosen Abfragemöglichkeit vermarktet. Diese Sensoren können in den menschlichen Körper implantiert und der Druck aus der Ferne mit einem Scannerstift gemessen werden.

Aufgrund ihrer geringen Größe, Präzision und Zuverlässigkeit eignen sich MEMS-Sensoren auch ideal für tragbare Geräte. So werden beispielsweise verschiedene Arten von MEMS-Trägheitssensoren als Aktivitätssensoren verwendet, darunter Beschleunigungsmesser und Geschwindigkeitssensoren.

Dies ist natürlich nur ein kleiner Ausschnitt MEMS-basierter Applikationen. Weitere Anwendungsgebiete werden häufig von Produktentwicklern erschlossen.

In dieser Woche werfen wir einen Blick auf ein Drucksensor-Kit von STMicroelectronics und einen MEMS-Beschleunigungsmesser von Analog Devices Inc.

Details zu Drucksensor-Kit und Beschleunigungssensoren

Das Drucksensor-Kit STEVAL-MKI228KA von STMicroelectronics ist ein zweiteiliges Evaluierungskit mit Qvar-Funktionen auf der Basis des Drucksensors ILPS22QS, der genau in der Mitte des Boards verlötet ist. Das Kit enthält die komplette ILPS22QS-Pinbelegung und wird betriebsbereit mit den erforderlichen Entkopplungskondensatoren an der V_DD-Stromversorgungsleitung geliefert. Das Kit besteht aus dem STEVAL-MKI228A und dem STEVAL-MKE001A. Der STEVAL-MKI228A beinhaltet den Drucksensor ILPS22QS mit dem elektrostatischen Qvar-Sensor und der Wischelektrode und ist somit kompatibel mit dem STEVALMKI109V3. Der ILPS22QS verfügt über einen analogen Hub-Sensor, der zur Implementierung der Qvar-Technologie verwendet wird, die für die Erkennung von Wasserlecks entscheidend ist.

Der 3-Achsen-MEMS-Beschleunigungssensor ADXL373 von Analog Devices Inc. zeichnet sich durch einen extrem niedrigen Stromverbrauch von 19 µA bei 2560 Hz und einen Messbereich von ±400 g aus und kann mit einer Knopfzelle betrieben werden. Dank seiner Aktivitäts- und Inaktivitätserkennung mit niedrigem g-Schwellenwert kann der ADXL373 eine Ereignisüberwachung mit sehr geringem Stromverbrauch durchführen, erkennt Stöße und wacht schnell genug auf, um transiente Ereignisse zu erfassen. Das Gerät schaltet in den normalen Betriebsmodus, wenn ein Aufprall einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Beispiele für medizinische Anwendungen sind die Erkennung von Stößen und Erschütterungen, die Bewertung des Zustands von Geräten sowie die Erkennung von Gehirnerschütterungen und Kopftraumata.

Erkenntnisgewinn

Es gibt zahlreiche Anwendungsbereiche für MEMS-Systeme, aber ihre Bedeutung hat vor allem in der Medizintechnik zugenommen. Da sich diese Technologie seit Jahrzehnten weiterentwickelt, sind auch künftig weitere Innovationen von den Produktentwicklern zu erwarten.