Die Chiptechnologie steht hinter den großen Veränderungen unserer Zeit. Von Elektroautos bis hin zu Windrädern und Computern zum Trainieren von KI-Modellen sind Chips Teile, die in viele Puzzlesteine passen, auch im Gesundheitswesen, wobei Halbleiter bahnbrechende Entwicklungen ermöglichen.
Warum dies wichtig ist:
Die Rolle der Halbleiterindustrie ist so wichtig wie eh und je, da Chips für die Entwicklung besserer Innovationen in allen Technologiebereichen eine entscheidende Rolle spielen.
Dieses Jahr feiert das imec, das führende belgische Forschungsinstitut für Mikroelektronik, sein 40-jähriges Bestehen. Seit seiner Gründung hat sich das Institut an der Spitze der Halbleiterforschung positioniert. Es expandierte über Flandern hinaus und eröffnete Forschungslabors in den Vereinigten Staaten, den Niederlanden und Japan, um nur einige zu nennen. In diesem Jahr veranstaltete das imec auch sein Flaggschiff ITF World (imec Technology Forum) in Antwerpen, das zwei Tage lang Keynotes und Breakout-Sessions rund um die Industrie und ihre Forschungsbemühungen bot.
Auf der umfangreichen Ausstellungsfläche präsentierten die Wissenschaftler des imec ihre Forschungsprojekte. Hier sind fünf der Projekte, die unsere Aufmerksamkeit am meisten erregten.
1. Emissionsmessungen
Die Stickstoffkrise ist in den Niederlanden allgegenwärtig, da die Landwirtschaft Wege finden muss, um ihre Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Das in Wageningen ansässige One Planet Research Center hat sich dieser Aufgabe verschrieben und will eine nachhaltigere Lebensmittelproduktionskette schaffen.
Im Rahmen seiner Forschungsinitiativen entwickelt das Zentrum eine Chiptechnologie zur Messung von Methan- und Stickstoffemissionen, die durch landwirtschaftliche Aktivitäten entstehen. Dabei arbeiten die Wissenschaftler mit den Landwirten zusammen, um die Emissionen zu verfolgen. Die Chips von One Planet können in Echtzeit lokale Emissionsspitzen erkennen, die z. B. durch die Verbringung von Gülle entstehen. Infolgedessen helfen die Wissenschaftler den Landwirten bei der Einführung besserer Praktiken, z. B. bei der Häufigkeit der Bewässerung in den Ställen. Am wichtigsten ist jedoch, dass dieses Projekt durch die Sammlung von Daten und Beweisen über landwirtschaftliche Praktiken den Entscheidungsträgern zuverlässige Instrumente an die Hand gibt.
2. Lokalisierte elektrische Versorgung
Medikamente sind nicht für jeden geeignet und können bei denjenigen, die eine medikamentöse Behandlung anwenden, zu Problemen und schweren Nebenwirkungen führen. Die elektrische Stimulation von Organen, einschließlich des Gehirns, wird zu einer Alternative, die den Patienten eine lokalisierte Therapiemöglichkeit bietet. In ähnlicher Weise erforschen imec-Forscher des Holst Centre in Eindhoven die periphere Nervenstimulation (PNS).
PNS besteht darin, die elektrische Aktivität von Nervenfasern zu verändern und elektrische Signale zu senden. Dies führt zu einer gezielten Behandlung, die den Patienten von Schmerzen befreit. Die Imec-Forscher entwickeln winzige implantierbare Chips, um die PNS weiter zu erforschen und möglicherweise eine Alternative oder Ergänzung zur medikamentösen Behandlung bei nervenbedingten Erkrankungen zu bieten.
3. Erfassung der Vitalparameter von Autoinsassen
Strengere Vorschriften für die Sicherheit der Fahrzeuginsassen verlangen von den Automobilherstellern, dass sie Sensoren zur Überwachung der Vitalparameter der Fahrzeuginsassen an Bord einbauen. Am imec werden im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte unterschiedliche technologische Wege zur Entwicklung dieser Sensoren erforscht.
Eine Möglichkeit besteht in der Kombination von Nahinfrarot-Lasern und Speckle-Plethysmographie (SPG). Diese Technik analysiert die Veränderungen der Speckle-Muster, die sich aus der Wechselwirkung zwischen Blutzellen und Lasern ergeben. Das Imec entwickelt Sensoren, die in das Cockpit eines Autos integriert werden können, um die Herzfrequenz und die Atmung der Insassen zu erfassen. Eine andere Forschungsgruppe befasst sich mit dem Einsatz von Hochfrequenzradar – bis zu 140 GHz -, um Vitaldaten von der Haut der Passagiere zu erhalten. Diese Technologie ist zwar sehr präzise, aber auch sehr teuer. Daher setzen die Wissenschaftler auch Ultrabreitbandradar (UWB) ein, eine Technologie, die bereits in Autos eingesetzt wird.
4. Untersuchung von Organen mit Chips
Die Organ-on-a-Chip-Technologie dient zwei Zwecken: der Erforschung von Krankheiten und dem besseren Verständnis der Organfunktionen. Diese Technologie ahmt die Aktivität von Organen und Geweben auf Silizium nach und macht Tierversuche überflüssig.
An einem der Demostände präsentierten die Wissenschaftler des imec ihre Organ-on-a-Chip-Technologie. Einer der Schwerpunkte ist die personalisierte Medizin und die Entdeckung von Medikamenten. Die Forscher präsentierten die Modellierung der Blut-Hirn-Schranke, einer selektiven Membran, die den chemischen Transfer vom Blut zum Gehirn regelt. Anhand dieses Modells untersuchen sie die Interaktion zwischen Blut, Zellen und potenziellen Medikamenten.
5. Bildgebung der Netzhaut
Der portugiesische Schriftsteller Paulo Coelho sagte: „Die Augen sind der Spiegel der Seele“. Für medizinische Forscher sind die Augen ein Tor, um mehr über den Gesundheitszustand eines Patienten zu erfahren. Tatsächlich lassen sich viele Gesundheitsprobleme, darunter Tumore sowie Gefäß- und Geschlechtskrankheiten, durch einen Blick auf die Netzhaut erkennen.
Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist eine hochmoderne Technik, um die Netzhaut des Auges mit sperrigen und teuren Geräten zu scannen. Das Imec entwickelt ein On-Chip-OCT, das den Weg für kompaktere Geräte ebnet, die auch von Allgemeinärzten eingesetzt werden können. Auf diese Weise könnten mehr Scans durchgeführt und Krankheiten frühzeitig erkannt werden.