Aufgeklebt

Flexibler Sensor für vielfältigen Einsatz

Er sieht aus und wird getragen wie ein Hautaufkleber, beherbergt aber eine Menge Elektronik: US-Forscher haben einen Sensor entwickelt, der verschiedene Lebensdaten messen und mit dem der Träger auch einen Computer steuern kann.

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EES: Gewendelte Drähte sorgen für Biegsamkeit.
EES: Gewendelte Drähte sorgen für Biegsamkeit. (Bild: John Rogers/University of Illinois)

Die Zeit von unhandlichen Elektroden, die mit leitfähigem Gel beschmiert auf die Haut aufgesetzt werden, um verschiedene Werte im Körper zu messen, könnte bald vorbei sein: Wissenschaftler aus den USA, China und Singapur haben einen Sensor entwickelt, der auf die Haut aufgeklebt und später wieder abgezogen wird.

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Epidermal Electronic System (EES) haben die Forscher ihre Entwicklung genannt, die sie im US-Fachmagazin Science beschreiben. Ziel sei es gewesen, ein System zu entwickeln, das auf die Haut aufgebracht und getragen werden kann, ohne dass der Träger davon etwas merkt, erklärt John Rogers von der Universität des US-Bundesstaates Illinois in Urbana-Champaign. EES "verwischt den Unterschied zwischen Elektronik und Biologie."

Dehnbar und biegsam

EES besteht aus verschiedenen Sensoren, Leuchtdioden sowie Einrichtungen zum Senden und Empfangen von Daten. Sämtliche Drähte sind gewendelt. Dadurch werde das ganze System so weich wie die Haut selbst, sagt Yonggang Huang von der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat llinois. "Durch dieses Design werden zerbrechliche, anorganische Halbleiter extrem dehnbar und flexibel."

  • Epidermal Electronic System, ein flexibler Sensor (Foto: John Rogers)
  • Er wird auf die Haut aufgeklebt,... (Foto: John Rogers)
  • ...,und kann anschließend wieder abgezogen werden. (Foto: John Rogers)
  • Ein EES hält an den unterschiedlichsten Körperstellen. (Foto: John Rogers)
  • Das System ist sehr flexibel und stabil. (Foto: John Rogers)
  • Das System ähnelt einem Hautaufkleber... (Foto: John Rogers)
  • ... und kann auch gleich in einen solchen integriert werden. (Foto: John Rogers)
Epidermal Electronic System, ein flexibler Sensor (Foto: John Rogers)

Als Substrat dient Polyester. Damit ist das EES mit einer zeitweiligen Tätowierung vergleichbar. Tatsächlich haben die Wissenschaftler ein EES mit einem lustigen Hautaufkleber kombiniert, der einem Kind die Angst vor einer Untersuchung nehmen könnte. Das EES kann mit einem wasserlöslichen Kleber auf der Haut befestigt werden. Es geht aber auch ohne: Die sogenannte Van-der-Waals-Kraft hält das weniger als 50 Mikrometer dicke EES an der Haut.

Energy Harvesting

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Mit Energie wird das EES durch winzige Solarzellen oder über elektromagnetische Strahlung versorgt. Die kann direkt zum EES gesendet werden. Es kann sich aber auch per Energy Harvesting versorgen. Die Leistungsaufnahme ist ohnehin sehr gering.

Der Sensor kann dort angebracht werden, wo auch normale Elektroden befestigt werden: an Armen und Beinen, der Stirn oder am Brustkorb. Er kann aber auch an Körperstellen angebracht werden, die sich sonst nicht so sehr dafür eignen. So haben die Wissenschaftler ein EES am Kehlkopf angebracht und damit die Muskelaktivitäten beim Sprechen beobachtet. Unter idealen Bedingungen kann ein EES bis zu 24 Stunden auf der Haut bleiben.

Computer steuern

Anwendungsmöglichkeiten gibt es viele. Zunächst kann ein EES dazu genutzt werden, um die Herzfrequenz, Hirn- oder Muskelströme zu messen. Das System kann aber auch zur Steuerung eines Computer genutzt werden. Der EES am Kehlkopf konnte die Muskelbewegungen so gut erkennen, dass ein Nutzer darüber ein Computerspiel per Sprache steuern konnte. Künftig könnten Patienten, die an einer Krankheit wie Amyotropher Lateralsklerose leiden, mit einem EES einen Computer bedienen. Eine andere Einsatzmöglichkeit könnte die Überwachung Neugeborener sein.

Die Entwicklung ist eine Weiterführung der Arbeit von Huang und Rogers, die bereits früher zusammen flexible elektronische Bauteile entwickelt haben. Es gebe aber noch viel zu tun, sagt Rogers. Unter anderem geht es um die Funkkommunikation sowie um die Energieversorgung. So wollen die Forscher Speicher wie Akkus oder Superkondensatoren sowie ein System für ein Energy Harvesting aus mechanischer Energie entwickeln.

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