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Digitalisierung von intelligenten Medizinprodukten
Freudenberg Medical entwickelt elektrisch leitfähiges Silikon und isoliert elektronische Komponenten für Kundenlösungen
Die zunehmende Digitalisierung medizinischer Produkte ist ein weltweiter Trend. Hierbei spielt auch der Einsatz medizinischen Silikons eine immer wichtigere Rolle. Unterscheiden lassen sich vor allem zwei Ansätze:
Elektrisch leitfähiges Silikon
Durch die Kombination von Silikon und metallischen Füllstoffen können elektrische Ströme geleitet und bestimmte Körperteile gezielt stimuliert werden. Einsatzgebiete sind z. B. die Neurostimulation zur Schmerzbehandlung oder das gezielte Training bestimmter Muskelgruppen.
Einkapselung elektronischer Komponenten mit Silikon
Sogenannte Wearables wie Smartwatches, Fitness-Tracker, Herzfrequenzmesser werden direkt am Körper getragen und überwachen die Vitalparameter. Silikon isoliert die elektronischen Komponenten und Sensoren und schützt sie so vor Schmutz, Wasser und Schweiß. Das stellt den zuverlässigen Betrieb und Langlebigkeit sicher.
Hier geht es direkt zu erfolgreichen Kundenprojekten:
Werkstoff- und Prozess-Know-how
Die Herstellung solcher Materialien erfordert nicht nur medizinisches Fachwissen, sondern eine hohe Materialentwicklungs- und Werkzeugkompetenz. Freudenberg Medical verfügt über eine jahrelange Fertigungserfahrung im Bereich biokompatibler Silikone sowie über eine hohe Expertise in der elektrischen Funktionalisierung. Weiterhin kann das Unternehmen elektronische Bauteile gezielt mit Silikon umspritzen.
Zu den Kernkompetenzen von Freudenberg Medical gehören:
- Herstellung von elektrisch leitfähigem Silikon
- Umspritzung von elektronischen Bauteilen mit Silikon
- Verbindung von Silikonen unterschiedlicher Härtegrade
- Entwicklung von Herstellungs- und Werkzeugtechnologien, z.B. Feststoffsilikon-Spritzguss in hoher Präzision
- Durchführung von Qualitätsprüfungen im Kundenauftrag
Erfolgreiche Kundenprojekte
Überwachungsgürtel für Frühgeborene
Freudenberg Medical unterstützt niederländisches Start-up Bambi Medical mit innovativer Silikonlösung
Das niederländische Start-up Bambi Medical hat mit dem Bambi Belt ein innovatives Überwachungssystem für Frühgeborene entwickelt. Der Bambi Belt ersetzt umständliche Kabel und Elektroden bei der Überwachung frühgeborener Babys durch einen hautfreundlichen Silikongürtel mit integrierten elektronischen Sensoren. Der besonders weiche Gürtel kann schmerzfrei an- und abgelegt werden und die im Gürtel eingearbeiteten Sensoren erfassen die Vitalfunktionen des Babys über die Haut.
Datenübermittlung per Funk statt Kabeln
Die erfassten Daten werden per Funk an das Überwachungsgerät weitergegeben. Störende Kabel entfallen und Eltern können ihr Kind ganz normal halten und Körperkontakt herstellen. Dadurch wird die geistige Entwicklung des Babys gefördert. Auch störende Pflaster, mit denen die Elektroden bislang auf der Babyhaut befestigt wurden, fallen weg. Das ist bei der besonders empfindlichen Haut von Frühgeborenen wichtig, um Wunden und Infektionen zu vermeiden.
Freudenberg Medical unterstützt Bambi Medical bei der Herstellung des Gürtels mit Material- und Prozesswissen. Beim Bambi Belt werden platinvernetzte, biokompatible Silikone verschiedener Härtegrade, weitere Werkstoffe und Sensoren eingesetzt. Eine gründliche Materialanalyse und zahlreiche Tests waren erforderlich, um sicherzustellen, dass die verschiedenen Materialien miteinander kompatibel sind und die gewünschten physikalischen Eigenschaften erreichen.
Kunde setzt auf Expertise von Freudenberg Medical
Das Ergebnis ist eine mit verschiedenen Silikonen ummantelte, flexible Leiterbahn mit eingearbeiteten Sensoren, die sowohl gut auf der Haut haftet als sich auch leicht wieder ablösen lässt. Die samtartige Oberflächentextur wird ohne zusätzliche Beschichtung erreicht, was Material und Prozessschritte weiter reduziert.
Das Bambi Belt-Team ist vom Gürtel und von der Zusammenarbeit mit Freudenberg Medical überzeugt: „Es ist ein komplexes Produkt, das es so auf dem Markt vorher nicht gab“, meint Fabio Bambang Oetomo, CEO und Co-Gründer von Bambi Medical und Sohn des Erfinders Professor Bambang Oetomo. „Die technische Herausforderung war daher hoch, aber schon nach der Entwicklung der ersten Muster wussten wir, dass wir die richtige Wahl getroffen hatten.“
„Die große Herausforderung bestand vor allem in der Verarbeitung der Materialien. Damit der Gürtel am Ende möglichst angenehm zu tragen ist, müssen wir besonders weiche Materialien mit einem durchdachten Design verarbeiten, was umfangreiche Erfahrungen im Spritzguss voraussetzt."
Daniel Kaltbeitzel, Head of Engineering bei Freudenberg Medical in Kaiserslautern
Die Vorteile auf einen Blick:
- Bambi Belt ist aus einem besonders weichen und biokompatiblen Material hergestellt. Er haftet auf der Haut und lässt sich gleichzeitig leicht wieder ablösen.
- Die samtartige Struktur des Materials wird dank Materialkompetenz von Freudenberg Medical ohne zusätzlichen Beschichtungsschritt erreicht.
- Vitalfunktionen werden drahtlos übermittelt, Kabel sind damit überflüssig.
- Das Fehlen von Kabeln erleichtert Bonding von Eltern und Baby.
Neuromuskuläre elektrische Stimulation gegen Schlafapnoe
Freudenberg Medical fertigt medizinische Bauteile aus elektrisch leitfähigem Silikon für innovatives neuromuskuläres Zungen-Trainingsgerät von Signifier Medical Technologies
Viele Menschen weltweit leiden unter einer leichten obstruktiven Schlaf-Apnoe. Neben einer verringerten Schlafqualität ist Schlaf-Apnoe mit weiteren Risiken verbunden, darunter Bluthochdruck und Alzheimer-Erkrankung. Zu den häufigsten Ursachen für diese Atemstörung im Schlaf zählt ein erschlafftes Gewebe in Nase und Rachen. Eine Stärkung des Zungenmuskels kann das Problem jedoch reduzieren.
Idee trifft auf Werkstoff- und Prozesskompetenz
Das Londoner Medizintechnikunternehmen Signifier Medical Technologies nutzt diese Erkenntnis für sein Zungentraining mit dem eXciteOSA®. Das Gerät wird am Tag für 20 Minuten im Mundraum getragen und stimuliert dort über eine Smartphone-App mit minimalen Stromstößen den Zungenmuskel. Das Mundstück für den eXciteOSA® wird bei Freudenberg Medical in Kaiserslautern gefertigt.
Das Material für das Mundstück besteht aus einem elektrisch leitfähigen Silikon, das Freudenberg speziell für Signifier Medical Technologies weiterentwickelt hat. Bereits existierende Lösungen wie z.B. Graphit-Füllstoffe schieden u.a. wegen der mangelhaften Ästhetik für ein medizinisches Mundstück aus. Auch etablierte Modifizierungen mit Carbon Nanotubes (CNTs) erfüllten nicht die Anforderungen, da sie bei der Verarbeitung durch hohe Scherkräfte nicht die erforderliche Leitfähigkeit sicherstellen konnten. Für den eXciteOSA® werden feine metallische Füllstoffe, die bereits mit einem anderen Metall beschichtet sind, in einem bestimmten Verhältnis in flüssiges Silikon eingemischt. Ausgehärtet entstehen daraus kleine, leitfähige Silikonpads. Vier davon werden pro Mundstück anschließend in eine Unterschale aus Flüssigsilikon eingelegt. Am Ende wird eine Oberschale hinzugefügt und das Produkt mit Silikon umspritzt. Abschließend übernimmt Freudenberg Medical die Prüfung der elektrischen Funktionalität jedes einzelnen Mundstücks.
Hoher Tragekomfort für mehr Wohlbefinden und Gesundheit
„Speichel, Temperaturen, Mundbewegungen oder Reinigungsmittel – sie alle haben Einfluss auf die langfristige Zuverlässigkeit des Mundstücks“, sagt Daniel Kaltbeitzel, Head of Engineering bei Freudenberg Medical. „Das hat umfangreiche Materialtests und Analysen nötig gemacht, um die dauerhafte Funktionalität des Produkts sicherzustellen.“
Hinzu kommt, dass alle für die Herstellung des Mundstücks verwendeten Werkzeuge zunächst eigens von Freudenberg Medical entwickelt werden mussten. „Das platinvernetzte elektrisch leitfähige Silikon ist extrem zähflüssig und schwer zu verarbeiten. Standard Fertigungsverfahren und Werkzeuge sind nicht auf diese besonderen Bedürfnisse hin optimiert. Also haben wir unser Wissen in Prozess- und Automatisierungstechnik genutzt, um die Wünsche des Kunden mit speziell angefertigten Werkzeugen umsetzen zu können. Dabei half uns unser Freudenberg-internes Netzwerk“, so Kaltbeitzel weiter.
„Das von uns entwickelte Material ist nicht nur gesundheitlich völlig unbedenklich - es ist auch medizinisch zugelassen und garantiert Patienten einen hohen Tragekomfort im Mund und trägt damit zum Wohlbefinden und zur Gesunderhaltung der Endkunden bei.“
Dr. Kai Opdenwinkel, Geschäftsführer von Freudenberg Medical in Kaiserslautern
Die Expertise von Freudenberg Medical bei der Herstellung des eXciteOSA®:
- Materialkompetenz: Freudenberg Medical entwickelte ein Silikon weiter, um die Kundenanforderungen zu erfüllen.
- Feine metallische Füllstoffe werden beschichtet und im richtigen Verhältnis in den Silikon-Grundstoffeingebracht
- Silikon leitfähig machen: Die daraus entstandenen Silikonpads sind elektrisch leitfähig und werden zwischen Unter- und Oberschale eingelegt und anschließend mit biokompatiblen Silikon umspritzt.
- Die Produktion erfolgt in Reinraumfertigung unter höchsten Qualitätsansprüchen.
- Das Werkzeug- und Fertigungskonzept entstand mit Prozess- und Automatisierungs-Know-how von Freudenberg Medical nach Kundenanforderung.
- In-House-Prüfung der elektrischen Funktionalität jedes einzelnen Mundstücks.
