Mehr Leistung für das Herz

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Winzige Katheterpumpen können den geschwächten Herzmuskel auf engstem Raum beim Bluttransfer unterstützen. Die TU-Wien entwickelte nun eine Methode für höheres Drehmoment zur Leistungssteigerung.

(red/czaak) Manchmal braucht das Herz ein bisschen Hilfe. Wenn seine Pumpleistung nicht mehr ausreicht, werden Katheterpumpen einsetzen, die das Blut direkt aus dem Ventrikel des Herzens ansaugen und weiterpumpen. Technisch und räumlich herausfordernd ist, dass dabei eine Seite der Pumpe direkt in Kontakt mit dem Blut kommen muss, dieses aber trotzdem nicht in den Motor gelangt.

Zuckerlösung hemmt Blutströme
Eine Möglichkeit zur Lösung ist die Pumpe in zwei kmplett getrennte Bereiche zu teilen. In diesem Fall muss die Drehbewegung des Motors mittels Magnetfelder durch eine für das Blut undurchdringliche Trennwand hindurch und entsprechend magnetisch auf den anderen Teil der Pumpe übertragen werden. Die TU-Wien entwickelte nun eine spezielle Magnetkupplung, die diese Übertragung der Drehbewegung auf engstem Raum ermöglicht und erreichte ein um 30 Prozent höheres Drehmoment als mit bisherigen Kopplungsvarianten.

„Es gibt Herzkatheterpumpen, aus denen permanent eine Zuckerlösung strömt, um das Blut am Hereinströmen in den Motor zu hindern“, erläutert Christoph Janeczek vom Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung der TU Wien. „Die weitaus elegantere Lösung ist, den Motorteil vom Blut hermetisch zu trennen. Dann muss man das Drehmoment des Antriebsstrangs durch ein Magnetfeld in den anderen Teil der Pumpe übertragen“, so Janecek.

Axiale und radiale Kopplungen
Magnetkupplungen gibt es in vielen technischen Bereichen und in unterschiedlichen geometrischen Ausführungen. Werden mehrere magnetische Pole passend angeordnet, bewirkt die Drehung des einen Teils dann berührungslos eine Drehung des anderen Teils. Allerdings kommt es dabei zu einer magnetischen Anziehung der beiden Teile entlang der Achse, wodurch der Motor der Herzpumpe zusätzlich belastet wird. Außerdem kann auf diese Weise nur ein recht kleines Drehmoment übertragen werden.

Bei anderen Magnetkupplungen umfasst der eine Teil der Kopplung den anderen von außen und damit lassen sich dann größere Drehmomente übertragen. Allerdings ist hier der Platzbedarf deutlich größer. „Wir mussten einen Weg finden, die Vorteile dieser beiden Varianten zu vereinen und das ist uns mit einer neuen, ganz einfachen geometrischen Struktur gelungen, die wir auch bereits patentiert haben“, sagt Christoph Janeczek.

Klein aber trotzdem stark
Ein entscheidendes Element der neuen Kopplung ist die einfache aber höchst effektive Ummantelung aus Bimetall mittels zweier Permamentmagnete. Das Erfolgskriterium ist dabei die Geometrie der Kopplung, die nun sowohl axiale als auch radiale Anteile hat. Dadurch kann die Pumpe auf nur fünf bis maximal sechs Millimeter miniaturisiert werden – und trotzdem bleibt sie stark genug. In praxisbezogenen Experimenten gelang sodann der Nachweis, dass die neue Magnetkopplung ein um 30 Prozent höheres Drehmoment übertragen kann als herkömmliche Kopplungen derselben Größe.

„Derzeit suchen wir nach Industriepartnern, damit unsere Pumpe den Weg aus dem Universitätslabor in die Operationssäle findet. Außerdem könnten bestehende Herzpumpen durch diese Technologie weiter miniaturisiert werden“, unterstreicht Janeczek. Derzeit wird außerdem untersucht, inwieweit die Technologie auch in anderen medizinischen Bereichen nutzbar ist, etwa zur Unterstützung der Lunge. „Wir hoffen, dass unsere Idee möglichst bald Menschen, die an einer Herzinsuffizienz leiden, unterstützen kann“, resümiert TU-Forscher Janeczek.