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Medizintechnik

Medizin ganz persönlich

| Autor / Redakteur: Christa Friedl / Udo Schnell

Individuelle Medizintechnik muss Einzelteile präzise und zugleich wirtschaftlich herstellen. Gerresheimer hat eine Small-Batch-Produktion in Serienqualität aufgebaut.
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Individuelle Medizintechnik muss Einzelteile präzise und zugleich wirtschaftlich herstellen. Gerresheimer hat eine Small-Batch-Produktion in Serienqualität aufgebaut. (Bild: Gerresheimer)

Eine Therapie für alle – diese Zeiten scheinen vorbei. Durch Digitalisierung und individualisierte Produktion wird Medizintechnik zunehmend personalisiert. Die enge Kopplung von Maschinenbau und Medizin macht Produkte paßgenau, mobil und intuitiv. Bereits jetzt ist die Medizintechnik eine bedeutende Abnehmerbranche für den Maschinenbau. Aufgrund der Personalisierung wird sie noch wichtiger werden.

Seit einigen Jahren macht das Schlagwort „personalisierte Medizin“ von sich reden. Die Pharmaindustrie verfolgt damit eine klare Strategie: Durch Diagnose genetischer und zellulärer Besonderheiten eines Patienten soll erkannt werden, ob ein bestimmtes Medikament, beispielsweise gegen Krebs, überhaupt in Betracht kommt oder ob es eher zu schlimmen Nebenwirkungen führt.

Außerhalb der Pharmalabors ist das Schlagwort eher vage definiert. Genau genommen geht es nicht um Therapien oder Geräte für den Einzelnen. Gemeint ist vielmehr eine auf variable Parameter ausgerichtete Medizin – beispielsweise mit Sensoren, die kontinuierlich Daten direkt am Patienten erfassen, mit neuen Methoden zum Herstellen präziser Implantate oder auch mit Produktionsprozessen, die Einzelteile wirtschaftlich fertigen. Durch diese Entwicklungen, so die Hoffnung, werden Therapien, Geräte und Prozesse schneller und effektiver, außerdem mobil und intuitiv.

Digitalisierung und Automatisierung sind Treiber der Entwicklung

Die wesentlichen Treiber sind Digitalisierung und Automatisierung. Big Data erlaubt die Vernetzung von Geräten und Aggregaten und die Speicherung und Übertragung nahezu beliebig großer Datenpakete. Vor allem die Miniaturisierung durch Fortschritte bei Mikrosystemtechnik und Nanotechnik gilt als einer der Haupttrends einer Individualisierung. Smart Systems, also die intelligente Integration vieler Einzelkomponenten, ermöglichen Systeme mit mehr Funktionen in immer kleiner werdenden Bauteilen. Sie können an den Patienten, aber auch an Ärzte, Personal oder Dienstleister angepasst werden.

„Die Medizintechnik ist eine bedeutende Abnehmerbranche für den Maschinenbau und durch die Personalisierung wird sie künftig noch deutlich wichtiger“, betont Niklas Kuczaty von der 2014 gegründeten Arbeitsgemeinschaft Medizintechnik im VDMA. In der AG beteiligen sich 14 Fachbereiche – von Antriebstechnik und Werkzeugmaschinen bis hin zu Robotik und Software. Das Know-how der Spritzgießmaschinenhersteller beispielsweise ist unverzichtbar für die Produktion individueller Implantate aus Kunststoff. Komponenten aus der Antriebs- und Fluidtechnik sind in komplexen, digital gesteuerten Geräten verbaut.

Der deutsche Maschinenbau ist für den Medizintechniknarkt gut vorbereitet, sagt Kuczaty. Das gilt seiner Meinung nach sowohl für die Qualität der Produkte als auch für die Herausforderungen durch Digitalisierung und Vernetzung. „Da haben wir aus anderen Branchen und den Entwicklungen durch Industrie 4.0 schon viel gelernt.“

Für die Fertigung individueller Medizintechnik besteht eine der Herausforderungen darin, Einzelteile präzise und zugleich wirtschaftlich herzustellen. Der Healthcare-Zulieferer Gerresheimer Medical Plastic Systems hat vergangenes Jahr in seinem Technical Competence Center in Wackersdorf eine Small-Batch-Produktion in Serienqualität aufgebaut. Für die Fertigung stehen elf Spritzgießmaschinen und projektspezifische Montageanlagen wie Fügeautomaten, Klebevorrichtungen oder Anlagen zum Ultraschallschweißen bereit. Die Small-Batch-Produktion ermöglicht klinische Muster bis hin zur Kleinserie.

Wenn es aber um winzige Teile in Millimetergröße geht, gerät die konventionelle Spritzgießtechnik durch die erforderlichen kleinen Schussvolumen an ihre Grenzen. Zudem können sich bei einer Verkleinerung von Bauteilen bestimmte Parameter, beispielsweise Oberfläche, Volumen und thermische Leitfähigkeit, exponentiell ändern. Der Healthcare-Zulieferer Gerresheimer nutzt daher Mikrospritzgießmaschinen, bei denen die Schnecke nur noch für die Plastifizierung zuständig ist, das Einspritzen erfolgt hochpräzise über einen Kolben. Vorteile entstehen auch durch kleinere Werkzeuge, die kurze Rüstzeiten und die Integration eines Roboters in die Fertigungszelle erlauben.

Präzision spielt auch für die Datron AG aus Mühl-
tal eine große Rolle. Sie entwickelt Bearbeitungszentren für Dentallabors und Zahnärzte, die weitaus passgenauere Implantate erzeugen als herkömmliche Gussverfahren. Die Anlagen verfügen über unterschiedliche Zerspanungswerkzeuge für die Brarbeitung von Kunststoff, Keramik und Metall. Der Wechsel von Werkzeugen und Fräsvorlagen erfolgt bei den CAD/CAM-Systemen automatisch. Drei Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit passgenaue und langlebige Replikate entstehen, betont Frank Fuchs, Produktmanager für die Dentalsysteme. „Der digitale Scan muss sehr genau sein, wir brauchen das richtige Material und nicht zuletzt die passende Frässtrategie.“ In absehbarer Zeit werde es beispielsweise möglich sein, komplette Dentalprothesen aus scheibenförmigen Vorlagen zu erstellen.

Keramiken für den biologischen Leichtbau

Mit personalisierten Implantaten beschäftigt sich auch das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme in Dresden (IKTS). Bestimmte Keramiken sind ideal für den biologischen Leichtbau, da sie dem natürlichen Knochenmaterial ähnlich sind. Beispielsweise gelang es am IKTS, Knochenersatzstrukturen aus unterschiedlichen, biokompatiblen Mineralien zu fertigen, die eine festere, dichtere Hüllschicht und einen geschäumten, porösen Innenteil haben. In Zukunft könnte es durch Nutzung von variablen Compositewerkstoffen möglich sein, das Replikat auch an Alter und Geschlecht des Patienten anzupassen.

So individuell manche Produkte heute schon sind, so spezifisch sind manche Spielregeln auf dem Medizintechnikmarkt. „Zulieferer müssen sich in die Branche einfühlen“, formuliert Kuczaty vom VDMA. Wobei das weniger mit Emotionen zu tun hat als mit knallharten Anforderungen, beispielsweise an Qualitätsmanagement und Dokumentationspflichten.

In der Medizin kann es fatale Folgen haben, wenn ein Gerät nicht richtig funktioniert oder ein Produkt sich als unverträglich oder gar schädlich erweist. Entsprechend groß ist der Dokumentationsaufwand für eine Produktzulassung. Manche Hersteller fürchten, dass sich Aufwand und Kosten durch die für 2016 geplante EU-Medizinprodukteverordnung noch erhöhen. Bei der personalisierten Medizin stellt sich zusätzlich die wichtige Frage: Wann ist ein individualisierbares Produkt ein neues Produkt, für das eine gesonderte Zulassung notwendig ist? Hersteller setzen daher oft auf zugelassene Basiselemente und Standards, die innerhalb eines engen Rahmens angepasst werden können, wobei Funktion, Eigenschaften und Nutzen aber gleich bleiben.

Eine personalisierte Medizintechnik ist nicht nur eine Folge von Big Data, sondern für manche auch schlicht eine Antwort auf die demografische Entwicklung, bei der eine rasch wachsende Zahl älterer Patienten auf immer kostspieligeren medizinischen Fortschritt trifft. „In der Medizintechnik haben wir bislang eine Branche geprägt von hohen Fertigungstiefen, kurzen Wertschöpfungsketten und einem sehr starken Technologiefokus. Derzeit erleben wir jedoch einen Wandel: Innovationen sind immer weniger technologie- und immer stärker versorgungsgetrieben“, sagt Oliver Bujok, Leiter der Geschäftsstelle „Innovationen in der Medizintechnik“ am VDI-Technologiezentrum in Berlin. Die Nachfrage in der Gesundheitsversorgung bestimmt zunehmend über Forschung und Entwicklung und im besten Fall misst sich der Wert eines Produkts am medizinischen Nutzen. MM

* Christa Friedl ist freie Journalistin in Krefeld.

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