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Medizintechnik

Mikrodosiersysteme machen funktionellere Lösungen möglich

| Autor / Redakteur: Sven Spieth und Stephan Messner / Udo Schnell

Bild 1: Pille Intelli-Cap mit integriertem Mikrodosiersystem. (Bild: Philips Medimetrics)
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Bild 1: Pille Intelli-Cap mit integriertem Mikrodosiersystem. (Bild: Philips Medimetrics)

Bei der Therapie von Krankheiten spielt die Form der Verabreichung des Medikaments eine wichtige Rolle. Miniaturisierte Dosiersysteme erlauben es, die nötige Menge präzise zu verabreichen. Ein Gerät muss aber nicht komplett miniaturisiert sein; Mikrotechniken werden dort eingesetzt, wo sie einen Mehrwert versprechen.

In vielen technischen und nichttechnischen Bereichen gibt es Anwendungen, bei denen genau definierte Mengen von Fluiden (Flüssigkeiten oder Gase) zur Verfügung gestellt oder verarbeitet werden müssen. Typischerweise kommen dabei Dosiersysteme zum Einsatz. Man spricht von Systemen, weil immer ein Zusammenspiel mehrerer aktiver und passiver Komponenten, zum Beispiel Vorratsbehälter, Pumpen, Ventile oder Sensoren, notwendig ist.

Mikrodosiersysteme geben Flüssigkeiten sogar in Picolitern ab

Die Abgabe selbst kann dabei als diskrete Menge oder als einstellbarer, kontinuierlicher Fluss erfolgen. Sobald kleinste Flüssigkeits- oder Gasmengen abgegeben werden sollen oder das Dosiersystem selbst sehr klein ist, spricht man von Mikrodosiersystemen. Bei der diskreten Dosierung von Flüssigkeiten bewegen sich die abzugebenden Volumina typischerweise im Bereich von Mikrolitern (µl), Nanolitern (nl) oder sogar Picolitern (pl). Zum Vergleich: Das Volumen eines einzelnen Wassertropfens, der an einem tropfenden Wasserhahn entsteht, liegt bei circa 250 µl.

In der Mikrodosiertechnik werden zwei grundsätzliche Arten der Dosierung unterschieden. Bei der Freistrahldosierung werden kleinste Tröpfchen gezielt erzeugt und berührungslos durch die Luft abgeschossen. So können selbst kleinste Volumina bis hinunter in den unteren Picoliterbereich dosiert werden. Das wohl bekannteste Beispiel dafür sind Tintenstrahldrucker.

Flüssigkeitszerstäuber sind ebenfalls Freistrahldosierer, die jedoch gleichzeitig eine Vielzahl winzigster Tröpfchen mit einem Einzelvolumen im Femtoliterbereich in Form eines Nebels abgeben. Im Gegensatz dazu können Fluide auch durch Schläuche, Kanäle oder Ähnliches bis an ihren Zielort transportiert werden. Solche Systeme eignen sich zur Abgabe diskreter Volumina ab dem oberen Nanoliterbereich oder zur definierten kontinuierlichen Dosierung über einen längeren Zeitraum.

Alternative Verabreichungsmethoden rücken ins Zentrum des Interesses

Ein wichtiges Anwendungsfeld für Dosiersysteme stellt die Medizintechnik dar. Bei der Behandlung von Krankheiten sollen im Idealfall Medikamente zur richtigen Zeit und in der notwendigen Menge an einem bestimmten Ort im Körper zur Verfügung stehen. Es ist offensichtlich, dass dieses Ideal durch die derzeit etablierten Therapieformen, beispielsweise das Schlucken von Tabletten, oft nicht erreicht werden kann. Vielmehr ist eine an den Patienten angepasste, individuelle Therapieführung nötig, die auch als individualisierte Medizin bezeichnet wird.

Dies betrifft insbesondere auch die komplexen, protein- und genbasierten biotechnologischen Medikamente der Zukunft. Um Medikamente immer schneller und gezielter in genau definierten Körperregionen abgeben zu können, rücken dabei alternative Wirkstoffpfade und Verabreichungsmethoden ins Zentrum des Interesses.

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