Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik in Kooperation mit den Leibniz-Instituten FBH und IHP
Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik in Kooperation mit den Leibniz-Instituten FBH und IHP

© Fraunhofer EMFT

Mikropumpen

Piezomikropumpen für anwendungsspezifische Mikrodosierlösungen

Piezoelektrisch angetriebene Mikropumpen sind das Herzstück von Mikrodosiersystemen. Besonders in der Labor- und Medizintechnik ist die genaue Dosierung von Kleinstmengen an Flüssigkeiten oder Gasen häufig aus Sicherheitsgründen entscheidend. Dies erfordert effiziente und zuverlässige, aber dennoch wirtschaftliche Mikrodosiersysteme.

 

Die am Fraunhofer EMFT entwickelten, piezoelektrisch angetriebenen Mikromembranpumpen aus Edelstahl ermöglichen exakte Dosierraten bis zu 50 ml/min mit Luft und bis zu 16 ml/min mit Wasser. Die Einsatzgebiete der Mikropumpe im Bereich Medizintechnik erstrecken sich dabei von Infusions- und Medikamentendosiersystemen bis hin zu lokalen Unterdrucktherapien zur Behandlung chronischer Wunden. Künftig sollen sie aber auch als aktive Implantate für unterschiedlichste medizinische Anwendungen verwendet werden.

 

Herausforderungen sind zum einen, die langfristige Dosierstabilität ohne einen Ausfall der Mikropumpe sicherzustellen und zum anderen, die Betriebsspannung der Pumpe zu verringern. Durch die Nutzung einer Multilayer-Technologie könnte die Spannung, die zum Betrieb der Pumpe notwendig ist, deutlich verringert werden.

 

Mikropumpen für Gassensoren

© Fraunhofer EMFT

Viele Smartphones verfügen bereits über Sensoren für Umweltparameter wie CO2, Luftfeuchtigkeit oder Temperatur.

Um die Effektivität solcher Sensorsysteme zu erhöhen, nutzt das Fraunhofer EMFT eine piezoelektrisch angetriebene Mikromembranpumpe aus Silizium.

Diese kleine Pumpe, welche die Sensoren im mobilen Gerät mit Umgebungsluft versorgt, kann die Reaktionszeit der Sensoren erheblich verkürzen und so die Messergebnisse verbessern. Ihre geringe Größe und der niedrige Stromverbrauch machen Anwendungen selbst in mobilen Geräten möglich.

Das Fraunhofer EMFT entwickelt maßgeschneiderte piezoelektrische Mikropumpen und deren Ansteuerelektroniken zur volumetrischen Förderung von Gasen sowie die applikationsspezifische Systemintegration von Sensoren und Aktoren.

Hauptfokus der FuE-Aktivitäten im Bereich der Silizium-Mikropumpen liegt in deren weiterer Miniaturisierung und der Industrialisierung der Herstellung.

Ziel ist es, dadurch die Herstellungskosten erheblich zu senken und damit den Zugang zu Massenmärkten zu erleichtern. Die derzeit kleinste Silizium-Mikromembranpumpe der Welt, mit Abmessungen von 3,5 x 3,5 x 0,6 mm3, wurde am Fraunhofer EMFT entwickelt.