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Mittwoch, 24.10.2018
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Tattoo-Elektroden messen Muskelaktivität

Hauchdünne Klebe-Elektroden aus dem Drucker übertragen elektrische Signale

Elektronische Klebe-Tattoos: Zur Messung der Muskelaktivität haben Forscher flexible Elektroden aus dem Tintenstrahldrucker entwickelt. Die Elektroden sind hauchdünn und lassen sich wie Abziehtattoos auf die Haut kleben. Dadurch passen sie sich jeder Unebenheit und Bewegung des Körpers an und eröffnen neue Wege, Patienten und Sportlern zu überwachen. In der Zukunft sollen Signale nicht nur empfangen, sondern auch drahtlos gesendet werden, so die Forscher.
Leitfähige Polymere gedruckt auf handelsübliches Abziehbild-Papier ergeben die Tattoo-Elektroden.

Leitfähige Polymere gedruckt auf handelsübliches Abziehbild-Papier ergeben die Tattoo-Elektroden.

Über die Haut lässt sich viel über unsere Gesundheit herausfinden. So messen Sensoren in intelligenten Pflastern die Wundheilung, den Alkoholgehalt im Schweiß und den Status von Impfungen und Blutzucker. Soll jedoch die Aktivität von Herz und Muskeln über die Haut gemessen werden, sind die üblicherweise verwendeten Gel-Elektroden steif und sperrig, ganz im Gegensatz zum weichen und elastischen Gewebe der Haut. Sie schränken den Patienten ein und trocknen mit der Zeit aus, was Langzeitmessungen unmöglich macht.

Hauchdünne Elektroden


Um nun die Impulsübertragung von Mensch auf Maschine zu verbessern, haben Laura Ferrari vom Italienischen Institut für Technologie in Pontedera und ihre Kollegen hauchdünne Elektroden entwickelt, die wie Abziehtattoos auf der Haut kleben. Diese Elektroden sind weniger als einen Mikrometer dünn und aus mehreren Schichten aufgebaut.

Die Tattoo-Elektroden werden wie temporäre Abziehbilder auf die Haut geklebt und sind kaum spürbar.

Die Tattoo-Elektroden werden wie temporäre Abziehbilder auf die Haut geklebt und sind kaum spürbar.

Die Herstellung ist simpel und günstig: Ein Tintenstrahldrucker druckt ein leitfähiges Polymer auf handelsübliches Tattoo-Abziehpapier. Die zur Übertragung der Signale notwendigen Kontakte sind nur 13 Mikrometer dick und ebenfalls direkt in das Klebepflaster integriert. Auf die Haut geklebt, passen sich die Elektroden jeder Unebenheit und Rille der Oberfläche an. Der Patient spürt die Elektroden nicht und kann sich uneingeschränkt bewegen. Nur die aus den Elektroden ragenden Kontakte sind leicht auf der Haut zu spüren.


Flexible Langzeitlösung


Die neuen Elektroden bieten durch ihre absolute Anpassung an die Haut ganz neue Möglichkeiten. Sie ließen sich auch an Körperstellen anbringen, die sonst nicht messbar waren, etwa an den Mundwinkeln oder den Fingern. "Uns ist mit dieser Methode ein großer Schritt in der Weiterentwicklung der epidermalen Elektronik gelungen", sagt Seniorautor Francesco Greco. "Wir sind auf direktem Weg zu einem extrem kostengünstigen und ebenso einfach wie vielseitig anwendbarem System mit enormem Marktpotenzial."

Francesco Greco mit temporärer Tattoo-Elektrode.

Francesco Greco mit temporärer Tattoo-Elektrode.

Selbst wenn wachsende Haare durch das Material drangen, büßten die Elektroden ihre Funktion nicht ein, wie Tests ergaben. Das macht sie besonders für Langzeitmessungen geeignet, denn das Haarwachstum – selbst innerhalb weniger Tage – behindert häufig die Messungen. Die Forscher konnten mit ihren Tattoo-Elektroden jedoch über drei Tage hinweg problemlos die Muskelaktivität aufzeichnen.

Persönlich und drahtlos


Der Druckvorgang macht das Design der Tattoo-Elektroden frei wählbar: Ihre Größe und Anordnung kann individuell an Patient und Körperstelle angepasst werden. So soll die Diagnostik und Überwachung der Muskelbewegung, zum Beispiel bei Sportlern, weiter personalisiert werden.


In der Zukunft wollen die Forscher ganz auf Drähte verzichten: "Wir arbeiten an der Entwicklung von drahtlosen Tattoo-Elektroden mit integriertem Transistor, die es ermöglichen würden, Signale sowohl zu empfangen als auch zu senden", sagt Greco. "Wir könnten so nicht nur Impulse messen, sondern Körperregionen gezielt stimulieren." (Advanced Sciences, 2018; doi: 10.1002/advs.201700771)
(Technische Universität Graz, 28.03.2018 - YBR)
 
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