In Deutschland leiden rund 7,2 Prozent der 18- bis 79-Jährigen an Diabetes mellitus, über 90 Prozent davon an Typ-2-Diabetes. Die Blutzuckerkrankheit kann das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Nierenfunktionsstörungen, Erblindung und Amputationen erhöhen. Zu den bewährten Therapiemethoden gehört das Spritzen von Insulin. Um die Insulindosis abzuschätzen, müssen Patienten ihren aktuellen Blutzuckerspiegel kennen. Mit einem intelligenten Sensorimplantat soll es künftig einfacher und kostengünstiger als bislang möglich sein, den Blutzuckerspiegel zu messen. Dafür arbeiten mehrere Forschungsinstitute – auch das innBW-Institut IMS CHIPS – im Verbundvorhaben PanaMEA (Pankreas-Implantat auf MEABasis) zusammen. Ziel ist, ein miniaturisiertes Pankreas-Implantat zu entwickeln, das die elektrische Aktivität der Betazellen der Bauchspeicheldrüse misst – denn diese elektrische Aktivität steht im Zusammenhang mit der Glukosekonzentration im Blut. So lässt sich der Blutzuckerspiegel dauerhaft und sicher überwachen. IMS CHIPS übernimmt die Entwicklung eines stromsparenden Mikrochips, eines sogenannten Front- End-ASICs. Der Mikrochip verarbeitet die Betazellensignale, die von einem Mikroelektroden-Array (MEA) erfasst werden.
Für das Betazellensignal wird ein Biomarker, der so genannte Fraction of Plateau Phase (FOPP), definiert. Er ist der prozentuale Anteil an Zeit mit Betazellenaktivität. Ein hoher FOPP-Wert entspricht einem hohen Glukosespiegel.
Bei herkömmlichen Betazellen-Überwachungsmethoden werden alle Signaldetails, einschließlich der FOPPirrelevanten hochfrequenten Anteile, aufgezeichnet und daraus der FOPP-Wert berechnet. Dies führt zu einer großen Datenmenge und hat einen hohen Stromverbrauch für die Datenübertragung und -verarbeitung zur Folge. Anstatt alle hochfrequenten Signaldetails aufzuzeichnen, wird mit Hilfe von Dioden und Kondensatoren ein differentieller Hüllkurvendetektor realisiert, der die FOPP-relevanten Information bereitstellt. Das Messkonzept und die Funktion der ASIC-Schaltungen wurden bereits durch Messungen überprüft. Die nächsten Schritte sind die Durchführung von In-vitro- Messungen und die Verkapselung des ASICs für Implantationsexperimente.
Über IMS CHIPS
Das Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS) ist eine gemeinnützige Stiftung im Land Baden-Württemberg und betreibt wirtschaftsnahe Forschung auf den Gebieten Siliziumtechnologie, Nanostrukturierung, Anwenderspezifische Schaltkreise (ASICs) und Bildsensorik. Das Institut ist Partner kleiner und mittlerer Unternehmen insbesondere in Baden-Württemberg und arbeitet mit international führenden Halbleiterunternehmen und Zulieferern zusammen. Am IMS CHIPS arbeiten rund 100 Mitarbeiter und Gastwissenschaftler in den Bereichen Mikroelektronik, Mikrosystemtechnik und Nanostrukturierung.
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