Flexible Elektronik mit Sensoren, Solarzellen und Funkmodul haftet sicher und nicht spürbar auf der Haut

Elektronisches Tattoo

Urbana (USA)/Singapur - Ganz ohne Klebstoff haftet ein vielseitiges und flexibles Sensormodul auf der Haut und misst permanent wichtige Körperfunktionen. Entwickelt wurde dieses Haft-Tattoo, das viel dünner ist als ein Blatt Papier und nur so groß wie eine Briefmarke, von einem internationalen Forscherteam. Neben flexiblen Stromleitern integrierten die Wissenschaftler Sensoren für Herzschlag und Hirnströme, Leuchtdioden, ein Funkmodul und sogar winzige Solarzellen für die Stromgewinnung. Zusätzlich kann das Modul über elektromagnetische Wellen - ähnlich wie bei Funketiketten für teure Produkte - mit Energie versorgt werden. Ihren Prototyp, der bis zu 24 Stunden sicher auf der Haut kleben bleibt, präsentieren die Forscher in der Zeitschrift "Science".

"Diese Technologie kann Sie mit der Cyberwelt und der physischen Welt über einen sehr natürlichen Weg verbinden", sagt Todd Coleman von der University of Illinois in Urbana-Champaign. Zusammen mit Kollegen aus Singapur und China deponierte er flexible Leiterbahnen schlangenförmig auf einer hauchdünnen transparenten Unterlage aus Polyester. Zusätzlich druckten die Forscher die zahlreichen elektronischen Komponenten auf diesen Träger. Wasserdicht gekapselt ließ sich das Haft-Tattoo mit Hilfe eines wasserlöslichen Films aus Polyvinylalkohol auf die Haut von Testpersonen setzen. Bis zu 24 Stunden lang sorgten schwache Adhäsionskräfte (van der Waals-Kräfte) für einen sicheren Halt. Und trotz der vielen Bewegungen und Spannungen der Haut blieben alle Komponenten intakt.

Versorgt mit Strom aus der integrierten Solarzelle und einer Induktionsspule, ließen sich je nach Position des elektronischen Haft-Tattoos Herzschlag und Hirnströme zuverlässig messen. Da diese Daten per Funk direkt auf einen Computer gesendet werden können, eignet sich die Technologie zur komfortablen Dauerüberwachung von Risikopatienten. Da diese das Haft-Tattoo überhaupt nicht spüren und keine Rücksicht auf dessen Stabilität nehmen müssen, leiden sie unter keinen Einschränkungen ihrer Aktivitäten. "Der beste Weg, neuronale Signale in natürlicher Umgebung aufzuzeichnen, sind solche Module, die für den Nutzer unsichtbar sind", sagt Coleman.

Mit dem gleichen Sensor, der die Herzfrequenz detektiert, können aber auch rhythmische Bewegungen der Haut elektronisch wahrgenommen werden. Ein Haft-Tattoo, das die Forscher testweise auf den Hals nahe dem Kehlkopf gesetzt hatten, demonstrierte diese Fähigkeit eindrucksvoll. Allein über die Bewegungen konnte das Modul einige gesprochene Wörter erkennen. Mit einer Trefferrate von über 90 Prozent kontrollierte eine Testperson über die per Funk gesendeten Bewegungsdaten sogar die Aktionen in einem Videospiel. Mit noch empfindlicheren Sensoren ist es sogar vorstellbar, dass Patienten mit Stimmbandproblemen über einen kleinen Computer und Lautsprecher wieder hörbar an Gesprächen teilnehmen könnten.

"Diese Arbeiten stehen noch ganz am Anfang", betont John Rogers, der die Arbeitsgruppe in Urbana-Champaign leitet. Mit empfindlicheren Sensoren könnten die medizinischen Anwendungsgebiete der elektronischen Haut deutlich erweitert werden. Für die Stromversorgung denkt Rogers auch an die Integration von winzigen Akkus und piezoelektrischen Mini-Kraftwerken, die Strom allein aus mechanischen Bewegungen gewinnen. Auch die Entwicklung von intelligenter elektronischer Kleidung könnte diese Technologie vorantreiben. Es ist auch nicht auszuschließen, dass in Zukunft neben Leuchtdioden auch kleine, flexible Monitore, Lautsprecher und Mobilfunkmodule in diese Haut-Elektronik integriert werden könnten. Damit wäre ein hauchdünnes Smartphone denkbar, das sich die Nutzer einfach auf ihre Handfläche oder Unterarm kleben.