Forschung lohnt sich!
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Forschung lohnt sich!
Aus dem gleichen Sektor kommt noch eine weitere Entwicklung: ein extrem Energie sparender Aktuator, der sich für biomedizinische Anwendungen in lebenden Organismen (in-vivo) eignet. Aktuatoren können laut Piet De Moor, Manager im Bereich Heterogeneous Component Integration beim IMEC, für die Bildgebung/ Scanning, für die Positionierung und für minimal-invasive Eingriffe genutzt werden. Damit Aktuatoren im Körper eingesetzt werden können, müssen sie sehr klein sein, dürfen nur ganz wenig Energie verbrauchen, dürfen den Patienten nicht gefährden, und müssen in hermetisch dichten Gehäusen sitzen.
Der entwickelte Aktuator ist ein MEMS-Baustein, der die Bewegung einer Raupe nachahmt und sechs Beine hat. Das IMEC hat diese Aktuatoren mit verschiedenen Charakteristika ausgestattet, einer davon kombiniert einen Bewegungsbereich von ±50 μm mit einer Kraft von ±195 μN. Diese Kraft reicht aus, um z.B. Hirnelektroden im Körper positionieren zu können. Er arbeitet mit 11 V und liegt damit um den Faktor 3 unter den derzeit verfügbaren Aktuatoren. Der Aktuator verbraucht nur 100 nW. Ein anderer Prototyp arbeitet mit 9 V und erreicht eine Kraft von 0,3 mN. Die dritte Variante braucht 12 V und kommt auf 0,4 mN. Die MEMS können bis zu 20 Mio. Schritte machen, die maximale Geschwindigkeit ist 2 mm/s.
Ebenfalls aus diesem Bereich kommt eine dritte Ankündigung, bei dem es sich um einen Lab-on-Chip zur Brustkrebserkennung und -behandlung handelt. In diesem Fall hat das IMEC mit dem Institut für Mikrotechnik Mainz und anderen Partner im Rahmen des europäischen MASCOT-Projekts kooperiert. Bei der Entwicklung wurden laut Liesbet Lagae, Research Group Leader Functional Nanosystems beim IMEC, folgende Ziele verfolgt: Das Lab-on-Chip muss sehr klein und kostengünstig sein. Dennoch muss es genau messen können, sehr empfindlich sein und sich auch zur Erfassung von kleinsten Proben eignen. Daneben wäre noch wünschenswert, wenn die Messung sehr schnell abläuft, diverse Parameter erfasst werden können und das gesamte System natürlich auch noch Userfreundlich ist.
Konkret muss das Lab-on-Chip in der Lage sein, in 5 ml Blut zwei bis drei Tumorzellen aufspüren zu können. Um Krebs anhand einer Blutprobe erkennen zu können, müssen diese wenigen Tumorzellen isoliert, angereichert und ihr genetischer Inhalt identifiziert werden. Heute findet dieser Vorgang in einem medizinischen Labor statt, was sehr arbeitsaufwendig ist. Als Lösung des Problems haben die Projektpartner eine modulare Plattform entwickelt, die aus vier Modulen besteht. Jedes Modul übernimmt eine spezielle Aufgabe und ist autonom zu den anderen Modulen. Das erste Modul ist ein Inkubationsmodul, das die Blutprobe mit magnetischen Kügelchen vermischt, an die sich die Tumorzellen binden. Das zweite Modul dient der Isolation der Tumorzellen und der Zählung. Im dritten Modul werden die Zellen angereichert. Dazu wird die Zellenwand durchbrochen und das genetische Material extrahiert und, basierend auf einer MLPA, angereichert. Im letzten Modul wird die Art des angereicherten genetischen Materials mit Hilfe von elektrochemischen Sensoren ermittelt. Lagae: »Wir haben die einzelnen Module anhand von Blutproben validiert, und es steht fest: Jedes einzelne Modul funktioniert.« Im nächsten Schritt geht es jetzt um die Integration auf einem einzigen Lab-on-Chip.
Solarenergie
»Ein weiterer Bereich, in dem wir aktiv sind, sind die Erneuerbaren Energien. Die Hälfte des zukünftigen Beitrags, den Erneuerbare Energien leisten sollen, muss über die Photovoltaik kommen. Aber dazu müssen die Zellen noch effektiver und billiger werden«, so Van den hove. Deshalb arbeitet das IMEC daran, die aktive Schicht von Si-basierenden Solarzellen zu verringern. Dazu haben die Forscher diverse Technologien entwickelt, die eine Dickereduzierung der aktiven Schicht von derzeit 200 μm auf 120 μm und sogar 80 μm zulässt. Unter dem Begriff »U-cell« verbirgt sich der letzte Schritt, der eine Dicke von nur noch 40 μm ermöglichen soll. Allerdings dürfte es noch einige Jahre dauern, bis U-cell möglich ist.
Parallel dazu verfolgt das IMEC einen weiteren Ansatz, bei dem durch Epitaxie eine Schichtdicke von nur noch 20 μm möglich sein soll. Die Dünnfilm-Technik, die Dicken von 5 μm zulässt, könnte im Jahr 2020 zum Einsatz kommen. Wenn alle Möglichkeiten zur Kostensenkung für die Photovoltaik auf Siliziumbasis erschöpft sind, bietet sich laut Poortmans langfristig die organische Photovoltaik als Alternative an. Hier sind derzeit allerdings noch Probleme bei der Effizienz und der Lebensdauer zu lösen.
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