Hirnimplantat bietet Hoffnung für Epileptiker

Erkrankungen sind diese Wellen gestört und produzieren abnorme Aktivitätsmuster. Im Hirn von Epileptikern sind diese gestörten Muster oft auf einen kleinen Bereich (Fokus) konzentriert, der sich ausbreitet und einen Anfall verursacht. Nahezu bei einem Drittel der Patienten sprechen konventionelle Medikamente nicht an, so dass der Fokus operativ entfernt muss. Jedoch ist eine OP nicht für alle Patienten möglich, da irreversible Schädigungen lebenswichtiger Hirnfunktionen drohen.

Seit 2014 forscht daher das CANDO (Controlling Abnormal Network Dynamics using Optogenetics), ein Verbundprojekt der Universität Newcastle und weiterer britischer Forschungseinrichtungen, an einer alternativen Behandlungsmethode. Ein kleines Hirn-Implantat soll abnorme Aktivitätsmuster modulieren und so einem Anfall vorbeugen. Über Elektroden überwacht das Implantat durchgängig die Hirnwellen, mit Hilfe von Lichtsignalen werden diese dann gezielt modifiziert und korrigiert. Zu diesem Zweck werden einige Zellen innerhalb des Fokus über einen sicheren Virus genetisch so verändert, dass sie eine Lichtempfindlichkeit ausbilden.

Ziel ist es, binnen 7 Jahre erfolgreiche Erstversuche an Epilepsie-Patienten durchzuführen.

Optroden-Bestückung mit kleinsten µLED-Bauteilen

Wichtigster Teil des Hirn-Implantats sind Optroden-Substrate, auf die µLED-Komponenten <100 µm in definierten Strukturen montiert werden. Zusätzlich werden ASIC Bauelemente zur Steuerung der µLED-Bauteile aufgebracht.

Im Zuge der Entwicklung wollte CANDO zunächst möglichst schnell und flexibel Prototypen der Implantate aufbauen, um erste Funktionstests zur Optimierung des Designs durchzuführen. Zu diesem Zwecke wurden die Bauelemente meist geklebt. Für den Einsatz im menschlichen Körper ist diese Art der Verbindung allerdings nicht geeignet. Für die finalen Implantate kommen daher bioverträgliche Verbindungsmethoden wie flussmittelfreies Löten mit Gold/Zinn zum Einsatz, die während der Prototypen-Phase zu kostspielig sind.

Gesucht wurde also ein Flip-Chip Die Bonder, der unter anderem den flexiblen Einsatz unterschiedlicher Montagemethoden unterstützt.

Sub-micron Die Bonder und Toolkompetenz

Wie die Wissenschaftler von CANDO zu Beginn des Projektes schnell feststellten, brachte ihr vorhandener Die Bonder nicht die für die Anwendung notwendige technologische Flexibilität und auch Genauigkeit mit. Da sie Gefahr liefen, den selbst auferlegten Zeitplan zu verfehlen, musste rasch eine neue Maschinenlösung her.

Als optimales System erwies sich da unser Sub Micron Die Bonder FINEPLACER^® lambda. Mit der A7-Präzisionsoptik für die Darstellung besonders kleiner Strukturen und 0.5 Mikrometer Platziergenauigkeit bietet er die notwendige Präzision zur Herstellung der Optroden.

Neben der Maschine war aber auch unsere Toolkompetenz ein wesentlicher Faktor. Wir konnten für die Universität Newcastle beheizbare Bestückungstools entwickeln, mit denen sie kleinste Bauteile sicher handhaben und zusätzlich zu einer Heizplatte auch von oben erwärmen können. Auch das Dosieren kleinster Lotmengen konnten wir über geeignete Stempelwerkzeuge, die aus eigens von Finetech gefertigten Dippwannen exakt definierte Lotmengen aufnehmen und auf das Substrat transferieren, zur vollsten Zufriedenheit unseres Kunden sicherstellen.

Gemeinsam zum Ziel

Mit dem FINEPLACER^® lambda hat die Universität Newcastle ein System erworben, das exakt auf ihre Anforderungen zugeschnitten ist. Die Implantate können reproduzierbar hochgenau aufgebaut werden, dank der flexibel einsetzbaren Verbindungstechnologien wie Löten, Kleben oder Ultraschall lassen sich Design und Montageprozesse jederzeit einfach anpassen und die Maschine auch für zukünftige Projekte nutzen.

"Darüber hinaus garantierten wir eine sehr schnelle Auslieferung und Installation der Maschine innerhalb weniger Wochen und hielten dieses Versprechen auch ein."

Thomas Müller
Finetech Head of Sales Europe

Der Kunde zeigte sich von unserem Support vor und nach dem Kauf beindruckt. Mehrere gegenseitige Besuche in Newcastle und Berlin schufen Vertrauen, dienten der genauen Definition der Lösungsspezifikationen und boten Raum für intensive Tests. Finetech arbeitet auch weiterhin eng mit der Uni Newcastle zusammen. So sorgt unsere fortlaufende Modul- und Toolentwicklung dafür, dass der FINEPLACER^® lambda jederzeit optimal eingesetzt werden kann – und das zwischendurch sogar für andere Anwendungen.

Auf unsere Einladung hin präsentierte Dr. Nikhil Ponon von der Universität Newcastle die Erfahrungen der Arbeit mit dem FINEPLACER^® im Rahmen unseres Micro Assembly Days 2016.

https://www.finetech.de/de/wissen/kundengeschichten/hirnimplantat-bietet-hoffnung-fuer-epileptiker/