Pressemitteilung - IHP Microelectronics

Pressemitteilung
Goldene Helferlein
Neuartige Biosensoren für die in-vivo Diagnostik
Frankfurt (Oder), Mai 2011: Wissenschaftlern des IHP, dem LeibnizInstitut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt (Oder), ist es
gelungen, mikroelektromechanische Systeme (MEMS) mit einer
biostabilen Keramik herzustellen. Diese sind vor allem für neuartige
Anwendungen in der Medizin gedacht, bei denen die Biosensoren als
intelligente Implantate im menschlichen Körper (in-vivo Diagnostik)
eingesetzt werden. Die Forschungsergebnisse werden in der
neuesten Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Advanced
Functional Materials vorgestellt.
MEMS stehen uns in vielen Situationen des täglichen Lebens zur Seite.
Dabei sind sie so klein, dass wir sie mit bloßen Augen kaum erkennen. Sie
verdrehen zum Beispiel mit Hochgeschwindigkeit kleine Spiegel in
Beamern, um die Fernsehbilder eines Fußballspiels auf eine Großleinwand zu projizieren oder sie lösen den Airbag aus, wenn der Wagen eine
Vollbremsung macht.
Für ihre Funktion sind MEMS auf mechanisch bewegliche Elemente
angewiesen. Diese erspüren entweder passiv eine Bewegung – wie beim
Beschleunigungsmesser des Airbags – oder werden aktiv in Bewegung
versetzt – wie die Phalanx der Mikrospiegel im Beamer. Sie sind immer
mit einer mikroelektronischen Schaltung verbunden, die sie ansteuert oder
die Messdaten weiterleitet. Bisher wurden mikroelektromechanische
Systeme wie die elektronische Schaltung überwiegend aus dem Halbleiter
Silizium gefertigt. Doch Silizium ist eben auch ein spröder Werkstoff, mit
dem viele interessante Anwendungen nicht einfach umzusetzen sind.
Insbesondere in der Biotechnik und Medizin fanden klassische MEMS
bisher kaum Verwendung, da Silizium in biologischen Umgebungen stark
angegriffen wird und schnell korrodiert. Dabei wäre es von großem
Interesse, mikroelektromechanische Systeme auch in Sensoren und
Implantaten einzusetzen, die Körperfunktionen oder den Stoffwechsel
überwachen. Einen Ausweg beschreiten die Frankfurter Forscher nun mit
der Verwendung von Titannitrid, einer leitfähigen Keramik, die auch
elektrischen Strom leitet und sich als besonders korrosionsbeständig
gegenüber Körperflüssigkeiten erwiesen hat.
In dem Bild ist das mechanische Element der hergestellten BioMEMS in
Form eines Bügels aus Titannitrid gezeigt – gut zu erkennen an seiner
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goldenen Farbe. Der Bügel hat eine Breite von lediglich sechs Tausendstel mm und eine Dicke von nur 50 Millionstel mm. Damit bringt er das
Fliegengewicht von luftig-leichten 0,00000000047 Gramm auf die Waage.
Zurzeit forscht eine Projektgruppe am IHP, um auf Basis solcher MEMSStrukturen einen Glucosesensor zu entwickeln, der es Diabetikern erlaubt,
ohne ständige Blutentnahme zur Teststreifenmessung ihren Blutzuckergehalt kontinuierlich zu überwachen. Im nächsten Schritt soll nun die
Einsetzbarkeit des neuen Technologiemoduls für weitere Anwendungen in
der Biotechnologie und Medizintechnik geprüft werden.
Das IHP ordnet diese Arbeiten in die interdisziplinäre Ausrichtung der
Forschung ein, die die Mikroelektronik zunehmend auch für bio- und
medizintechnische Anwendungen einsetzt. Neben der Entwicklung einer
technologischen Plattform auf Basis der modularen Silizium-Technologie
des IHP, arbeiten die IHP-Wissenschaftler an zukünftigen drahtlosen
Kommunikationseinheiten zur schnellen Datenübertragung zwischen
Patient und Arzt.
Ansprechpartner:
IHP
Heidrun Förster
Mitarbeiterin für Öffentlichkeitsarbeit
Tel: 0335 5625 204
Fax: 0335 5625 222
Email: [email protected]
Dr. Mario Birkholz
Projektleiter
0335 5625 715
[email protected]
Link zur Veröffentlichung: http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201002062
Ultrathin TiN membranes as technology platform
for CMOS-integrated MEMS and BioMEMS devices
M. Birkholz, K.-E. Ehwald, P. Kulse, J. Drews, M. Fröhlich,
U. Haak, M. Kaynak, E. Matthus, K. Schulz, D. Wolansky
Advanced Functional Materials 21 (2011) 1652-1654, Heft vom 10.5.2011
Hintergrundinformationen: http://www.ihp-microelectronics.com/210.0.html
Gefördert im BMBF-Rahmenprogramm
Mikrosysteme “Intelligente Implantate”
„GlucoPlant – Implantierbarer Glucosesensor für
Diabetesdiagnostik und -therapie“
http://www.mstonline.de/news/pdf/Projektsteckbriefe_Implantate.pdf
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Mikroelektromechanisches System
bestehend aus einem aus Titannitrid gefertigten Bügel in X-Form (golden), der an
vier Aufhängepunkten befestigt ist und 2,5 µm über der Grundplatte (hellbraun)
schwebt. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Bügel und Grundplatte verändert sich die elektrische Kapazität zwischen beiden. Solche Anordnungen werden zurzeit für neuartige Biosensoren untersucht, die zum Beispiel
die kontinuierliche Blutzuckerüberwachung bei Diabetikern ermöglichen sollen.
Das System wurde mit der dominierenden Methode der modernen Halbleitertechnologie, d.h. im Rahmen von CMOS-kompatiblen Prozessen gefertigt. CMOS
steht für komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter Konfigurationen, das sind solche,
die auf der Basis von einkristallinen Silizium-Scheiben gefertigt werden. Aus
ihnen sind praktisch alle Mikroelektronikchips in Computern, Handys und vielen
anderen, technischen Systemen aufgebaut.
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