Forschungsschwerpunkt Biokompatibles Packaging

Der generelle Trend schrumpfender Abmessungen von intelligenten, hybriden Systemen der Mikromechanik und Mikroelektronik eröffnet neue Anwendungsgebiete innerhalb der Medizintechnik. Mikromechanische Beschleunigungs- und Neigungssensoren sowie elektronisch fungierende Sensoren werden zu einem bedeutsamen Teil der neuen Implantationsgeneration. Sie erlauben die Analyse und Therapie des menschlichen Organismus mit bisher unerreichter Anwendungsbreite und Präzision. Folglich befasst sich das Entwicklungsteam am Fraunhofer ENAS mit den Fragestellungen einer biologisch verträglichen Umhausung der miniaturisierten Systeme, mit gleichzeitiger Beibehaltung der winzigen Abmessungen. Diese umfassen die Auswahl, Fertigung und Charakterisierung der Gehäusematerialien. Die Entwicklung geeigneter Abscheideverfahren erfolgt spezifisch für das jeweilige System und berücksichtigt dessen späteren Einsatzort, zulässige Grenzwerte für Temperatur und elektromagnetische Verträglichkeit sowie die äußere Form des Mikrosystems. Die anschließende oberflächige Strukturierung und Modifikation des gehausten Systems im Nanometer Maßstab dient der Einstellung einer gewollten Interaktion mit dem biologischen System (bspw. osteokonduktiv, antibakteriell).
Hierfür greift der Standort des Fraunhofer ENAS auf eine jahrelange Erfahrung mit den Technologien der Abscheidung dünner Schichten und die Strukturierung von Metallen, Isolatoren und Polymeren zurück.

Biokompatibles Packaging

• Zuverlässige Unterdrückung von pathologischen Wechselwirkungen zwischen biologischem und künstlichem System
• Anpassung eines technischen Systems an den Organismus
• Nutzung dünner Schichten und Verzicht auf herkömmliche Gehäuseformen
• Vereinigung von Sensorfunktion, Häusung, Adaption und Kommunikation

Dem Trend der Miniaturisierung folgend werden neue Materialien für die Dünnfilmverkapselung von medizinischen Implantaten benötigt um einerseits das Implantat vor Körperflüssigkeiten und andererseits den Körper vor negativen Einflüssen des Implantats wie Partikeln etc. zu schützen.

Parylene als vielversprechende Verkapselungsschicht

Parylene ist ein Polymer, das eine Vielzahl exzellenter Eigenschaften vereint und damit eine große Vielfalt für Anwendungen eröffnet. Die wichtigsten Eigenschaften sind ISO-10993 zertifizierte Biokompatibilität und Biostabilität, chemische Inertheit gegenüber allen gängigen Säuren, Basen und Lösungsmitteln, elektrische Isolation, Hydrophobie, optische Transparenz, sowie geringe Permeabilität gegenüber Gasen und Wasser. Entsprechend sind die Verkapselung von medizinischen Implantaten, MEMS und organischer Elektronik sowie die Verwendung von Parylene im Bereich des Korrosionsschutzes potenzielle Anwendungen. Parylene wird mit Hilfe der chemischen Gasphasenabscheidung (engl. CVD) in drei Schritten abgeschieden: Sublimation eines Dimers, Pyrolyse und Polymerisation. Insbesondere die Abscheidung aus der Gasphase bei Raumtemperatur resultiert in hochkonformen Schichten ohne interne mechanische Spannungen. Am Fraunhofer ENAS ist die Abscheidung verschiedener Parylene-Typen etabliert, wobei ein besonderer Fokus auf der qualitativ hochwertigen Verkapselung von medizinischen Implantaten, MEMS und organischer Elektronik liegt.