Geschäftsfeld Health

Im interdisziplinären Geschäftsfeld Health am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS entwickeln wir smarte biomedizinische Sensorsysteme der nächsten Generation für Medizinische Implantate, In-situ Diagnostik und Nicht-invasive Healthcare Anwendungen. Diese werden spezifisch an die Anforderungen der Zielapplikation in den Bereichen Medizin, Life Science, Biotechnologie, Lebensmittel-, Pharma- und Umwelttechnik angepasst. Mit unseren Kunden bringen wir diese Systeme gemeinsam bis zur Zulassung.

Im  Bereich Medizinische Implantate entwickeln wir Sensoren zur Detektion von Gesundheitsparametern im Körper. Eine integrierte elektronische Signalverarbeitung mittels künstlicher Intelligenz (Embedded KI) ermöglicht intelligente Implantate. Die somit entstehenden theranostischen Implantate ermöglichen eine personalisierte Therapie auf Basis der sensorisch ermittelten Diagnostik; wie zum Beispiel die gezielte Abgabe eines Wirkstoffes. Am Fraunhofer IMS wurden in den letzten Jahren mehrere implantierbare Drucksensorsysteme für die Langzeitüberwachung wichtiger physiologischer Parameter wie Hirn-, Blut- und Augeninnendruck entwickelt. Einige dieser Entwicklungen erhielten eine CE-Zertifizierung und sind bis heute als aktive Implantate zugelassen, wie zum Beispiel der Shunt Sensor  zur Behandlung von Hydrozephalus Patienten. Ein Feld wachsender Bedeutung ist der Bereich der Neuroimplantate. Die Entwicklung eines Retina-Implantats unter maßgeblicher Mitwirkung des Fraunhofer IMS erhielt den renommierten Fraunhofer Forschungspreis.

Im Bereich der In-situ Diagnostik entwickeln wir optische Biosensorsysteme für den sensitiven, spezifischen und parallelen Nachweis von Enzymen, Proteinen, DNA oder anderen Biomolekülen. Damit gestalten wir die Transformation von Hospitalcare über Homecare bis hin zu Anycare, d.h. einer Diagnostik am Körper egal wann und wo. Anwendungsfelder neben der Medizin und LifeScience sind Biotechnologie, Pharmaproduktion, Lebensmittel- und Umwelttechnik. Kerntechnologie der optischen Sensoren sind Einzel-Photonen Avalanche Dioden (engl., Single-Photon Avalanche Diodes (SPADs)), um geringe Lichtintensitäten wie bei Chemolumineszenz-Reaktionen und Fluoreszenzlebenszeiten zu detektieren. Weiterhin forschen wir an neuartigen Nanostrukturen für die Biosensorik und der elektrischen und fluidischen Kontaktierung von Einzelzellen. Neben der Biosensor-Entwicklung liegt ein Arbeitsschwerpunkt in der Integration der Biosensoren in mikrofluidische Systeme (z. B. Lab-on-Chips (LoCs)) und in Biohybride Systeme.

Im Bereich Nicht-invasive Healthcare entwickeln wir smarte Sensor-Assistenzsysteme, die kontaktlos oder körpernah Vitalparameter erfassen und diese direkt auswerten. So stellt beispielweise eine Messstation, die kontaktlos Vitalparameter erkennt, eine signifikante Erleichterung für das Pflegepersonal im Krankenhausalltag dar. Das Fraunhofer IMS erforscht dabei eine möglichst genaue und schnelle Detektion dieser Vitalparameter in verschiedenen Wellenlängenbereichen und quantifiziert diese mittels Methoden des maschinellen Lernens. Weiterhin arbeiten wir an der nächsten Generation von Smart Patches, die komfortabel getragen werden können und direkt auf dem Patch mittels integrierter künstlicher Intelligenz (Embedded KI) eine Analyse vornehmen. In dem Living Lab des Fraunhofer-inHaus-Zentrum mit seinem Hospital Engineering und intelligentem Pflegezimmer können die neuartigen elektronischen Assistenzsysteme unter realistischen Bedingungen evaluiert, optimiert und so bestmöglich auf den Anwendungsfall und den Markt zugeschnitten werden.