PanaMEA – ASIC für ein Miniatur-Pankreas-Implantat

Weltweit leiden Millionen von Menschen an Diabetes mellitus Typ 2, das durch eine unzureichende Insulinausschüttung des Körpers verursacht wird. Das Insulin wird in den Betazellen der Bauchspeicheldrüse gebildet. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der elektrischen Aktivität der Betazelle in Form von Membran-Oszillationsstößen und der extrazellulären Glukosekonzentration. Im BMBF-Projekt „PanaMEA“ (Pankreas-Implantat auf MEABasis, Förderkennzeichen 13GW0397) wird ein miniaturisiertes Pankreas-Implantat entwickelt, das diese elektrische Aktivität misst.

Die zentrale Aufgabe für das IMS ist die Entwicklung eines stromsparenden Front- End-ASICs zur Signalverarbeitung der von einem Mikroelektroden-Array (MEA) erfassten Betazellensignale. Für das Betazellensignal wird ein Biomarker, der so genannte Fraction of Plateau Phase (FOPP), definiert. Er ist der prozentuale Anteil an Zeit mit Betazellenaktivität. Ein hoher FOPP-Wert entspricht einem hohen Glukosespiegel.

Bei herkömmlichen Betazellen-Überwachungsmethoden werden alle Signaldetails, einschließlich der FOPPirrelevanten hochfrequenten Anteile, aufgezeichnet und daraus der FOPP-Wert berechnet. Dies führt zu einer großen Datenmenge und hat einen hohen Stromverbrauch für die Datenübertragung und -verarbeitung zur Folge. Anstatt alle hochfrequenten Signaldetails aufzuzeichnen, wird mit Hilfe von Dioden und Kondensatoren ein differentieller Hüllkurvendetektor realisiert, der die FOPP-relevanten Information bereitstellt. Der Entwicklungsaufwand wird auf ein Minimum reduziert und das Datenmenge stark verringert. Das Messkonzept und die Funktion der ASIC-Schaltungen wurden bereits durch Messungen überprüft. Die nächsten Schritte sind die Durchführung von In-vitro- Messungen und die Verkapselung des ASICs für Implantationsexperimente.