Elektronische Pflaster aus Nanonetzwerken

Auf die Haut geklebte Sensoren messen bereits Herzfunktion, Blutdruck oder Temperatur. Doch sie schränken die Bewegungsfreiheit ein, können sich ablösen und damit Messungen verfälschen. Eine gasdurchlässige und biokompatible elektronische Haut bietet nun eine elegante Alternative: Wie die Entwickler um Akihito Miyamoto von der Universität Tokio in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ berichten, haftet ein Netzwerk aus feinen Nanodrähten aus Gold zuverlässig auf der Haut ohne Irritationen zu verursachen.

Die Grundlage für das neuartige elektronische Pflaster bildet ein Netzwerk aus wasserlöslichen Mikrofasern. Auf diese Fasern aus dem Kunststoff Polyvinylalkohol dampften Miyamoto und seine Kollegen eine bis zu hundert Nanometer dünne Goldschicht auf. Den so entstandenen hauchdünnen Film legten die Wissenschaftler auf die Haut von Testpersonen und wuschen dann den größten Teil der wasserlöslichen Mikrofasern ab. Zurück blieb ein Netzwerk aus winzigen Golddrähten, das über Adhäsionskräfte fest auf der Haut haftete und sich flexibel an alle Bewegungen anpasste. Selbst nach tausendfachen Dehnungen um bis zu vierzig Prozent blieb die elektrische Leitfähigkeit der Nanodrähte bei einem etwas vergrößerten elektrischen Widerstand erhalten. Die Lücken zwischen den Drähten sind groß genug, um kaum Schweißdrüsen in der Haut zu verschließen. Selbst nach Tragezeiten von einer Woche zeigte die Haut keine Irritationen oder gar Entzündungen. Die Probanden gaben an, die elektronische Haut gar nicht zu spüren.

In weiteren Versuchen überprüften die Forscher, ob das filigrane Netzwerk aus Nanodrähten tatsächlich als Messsensor taugte. Dazu kontaktierten sie die Drähte wahlweise mit funktionellen Schichten, um etwa Temperatur oder Druckänderungen zu messen. Die gewonnenen Daten ließen sich anschließend über ein Funkmodul beispielsweise an ein Smartphone übermitteln. Die auf einer Druckmessung basierende Bestimmung der Muskelaktivität zeigte sogar eine mit größeren, konventionell genutzten und auf die Haut aufgeklebten Sensoren vergleichbare Qualität.

„Unser Ansatz eröffnet neue Möglichkeiten für dünne elektronische Filme auf der Haut, mit denen sich Körperfunktionen kontinuierlich und über längere Zeiträume überwachen lassen“, fassen Miyamoto und seine Kollegen zusammen. Ihre hautverträglichen Sensorelektroden legen damit die Grundlage für eine neue Generation von tragbarer Elektronik. Nicht nur für Langzeitmessungen der Herzfunktionen etwa von Infarktpatienten bietet diese Technologie ein großes Potenzial. Auch für Sportler wäre eine neue Klasse von unauffälligen Fitnesssensoren vorstellbar.