Mikromotor für Arterien-U-Boote

Die Prototypen neuer Piezomotörchen sind klein und stark genug, ferngesteuerte Chirurgenwerkzeuge im Miniaturformat sicher durch die Blutbahn zu steuern

Melbourne (Australien) - Nur 250 Mikrometer, einen Viertel Millimeter breit sind winzige Motoren, die als leistungsstarker Antrieb für Blutstrom-U-Boote dienen sollen. Damit hat das Miniaturisieren von Chips und Sensoren in den Mikrometermaßstab nun auch die Motoren erreicht. Das australische Entwicklerteam setzte dabei auf Piezoelektronik - das Umwandeln von Druck in Strom und umgekehrt -, weil dies auch noch nach dem starken Schrumpfen der Elemente eine gute Ausbeute liefert. Einsatzfeld für die Mikromotoren ist vor allem die Biomedizin, aber auch die Elektronik, Luftfahrt oder Fahrzeugindustrie. In der Medizin sollen sie etwa winzige ferngesteuerte Schwimmroboter antreiben, welche chirurgische Werkzeuge im Körper durch enge, unzugängliche Arterien transportieren. Die Forscher beschreiben die Details im "Journal of Micromechanics and Microengineering" und arbeiten derzeit daran, die Konstruktionsweise und den Antrieb der Mikromotoren zu optimieren.

"Im Elektronik-Katalog finden sich alle Arten von Sensoren, LEDs, Speicherchips etc., die das Neueste in Technologie und Miniaturisierung darstellen. Doch bei den Motoren gab es seit den 1950er Jahren wenige Veränderungen", erklärt James Friend, Professor am Micro/Nanophysics Research Laboratory der australischen Monash University. Sein Team wählte die Piezoelektrizität als passendste Energiequelle für Mikromotoren, weil solche Motoren auch beim Verkleinern kraftvoll bleiben. Beim Einsatz in den Blutbahnen liefern sie noch genügend Antrieb, sich auch gegen strömendes Blut zu bewegen und schwer zugängliche Arterien zu erreichen. Bisher, so Friend, hätten Techniker auch mit elektromagnetischen, elektrostatischen, thermischen und osmotischen Antriebskräften experimentiert. Doch die Piezoelektronik biete beste Eigenschaften bei der Verkleinerung und generell simple Designs, so Friend, "eine exzellente Plattform für die Entwicklung von Mikromotoren".

Ferngesteuerte Miniaturroboter, einfach in die Blutbahn injiziert, sollen die Minimalinvasive Chirurgie unterstützen und verbessern. Zwar hat das Operieren mit langen Kathetern durch kleine Hauteinschnitte bereits große Vorteile für die Patienten gebracht. Die Operationen sind weniger gefährlich und die Wunden heilen schneller ab als bei herkömmlichen Operationsmethoden über einen großflächigen Hautschnitt.. Doch auch per Katheter sind manche Arterien nicht zu erreichen, etwa in verwinkelten Ecken des Hirns. Obendrein können die Katheter in den Händen ungeübter Chirurgen ein enges Blutgefäß versehentlich verletzen. Ein ferngesteuertes Werkzeug-U-Boot wäre da flexibler. Ausgestattet mit entsprechenden Sensoren, Licht und Kamera liefert es den Ärzten jederzeit eine Rückmeldung aus dem inneren der blockierten oder beschädigten Blutbahn.