Patienten in Krankenhäusern, ältere Menschen und Menschen mit Herzproblemen tragen möglicherweise bald Tätowierungen anstelle von Herzfrequenzmessgeräten oder Pulsoximetern. Professor Nanshu Lu und ein Team von der Universität von Texas an der Cockrell School of Engineering in Austin haben sich die Möglichkeit ausgedacht, schnell billige, tragbare Biosensoren zu drucken.
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Als die Forscher tattooähnliche Wearables bauten, wussten sie, dass es auf dem Markt viele intelligente, winzige Sensoren gab. Das Problem habe nicht mit der Technologie zu tun, sondern mit dem langwierigen, langwierigen und teuren Herstellungsprozess. Das machte es nahezu unmöglich, Wegwerfsensoren zu entwickeln, um die Gesundheitsergebnisse vorübergehend zu überwachen.
„Wenn Sie an tätowierungsähnliche Elektronik denken, möchte niemand sie wiederverwenden - auch nicht an sich selbst. Die Art des Einmalgebrauchs ist also der Schlüssel“, sagt Lu.
Zuvor wurden ähnliche Sensoren hergestellt, indem die mechanische Komponente, ein Metallkreis, konstruiert und dann mit einem dehnbaren Klebstoff integriert wurde. Der Prozess war teuer und zeitaufwändig.
Die Forscher suchten nach alternativen Möglichkeiten, um spröde Elektronik flexibel und klebrig zu machen. Unter Verwendung der Prinzipien des 3D-Drucks fanden sie eine Möglichkeit, mithilfe eines mechanischen Schneiders Muster auf einem Metallblech zu schneiden, anstatt die Elektronik in einer Form zu formen.
„Wir haben nach Metallblechen gesucht, die auf Polymerblechen abgelagert sind, im Grunde genommen wie Aluminiumfolie, die auf doppelseitiges Klebeband laminiert ist“, sagt Lu. Sie fanden das billige, flexible Metall überraschend leicht - im Baumarkt. Dinge wie goldbeschichtete Polymere werden als Wärmereflexion im Bauwesen verwendet.
„Wir haben ein Verfahren erfunden, mit dem diese Blätter mit Schnittmustern versehen und dann die unnötigen Teile entfernt werden können“, sagt sie. "Der übrig gebliebene Teil wird auf medizinisches Klebeband oder Tattoo-Kleber übertragen."
Der Druck dauert etwa 20 Minuten. Im Gegensatz zu früheren Methoden zum Aufbau flexibler Elektronik entsteht hier nur minimaler Abfall und es ist kein spezielles Labor erforderlich. Lu sagt, sie möchte die Kosten auf etwa 1 USD pro Patch senken.
Ziel des Teams ist es, mehrere Sensoren und Antennen auf einem Patch in Kreditkartengröße zu integrieren, mit dem Vitaldaten für etwa eine Woche überwacht und drahtlos an die Computer, Tablets und Smartphones von Ärzten und Patienten übertragen werden können. Je nachdem, wo sich das Pflaster auf dem Körper befindet, kann es wie ein Elektrokardiogramm (EKG) funktionieren, das die Herzaktivität misst, oder wie ein Elektroenzephalogramm (EEG), das die Gehirnfunktion untersucht. Die Pflaster könnten die Hautfeuchtigkeit, die Atmungsrate und die Augenaktivität messen und schließlich den Blutdruck und die Sauerstoffsättigung für eine Reihe von Patienten, von schwangeren Frauen bis hin zu Sportlern, verfolgen.
Eine der größten Herausforderungen bei der Massenproduktion von Wearables besteht darin, sie drahtlos über Bluetooth oder einen NFC-Chip (Near Field Communication) herzustellen. Die Chiphersteller haben sich noch nicht dazu verpflichtet, Chips so klein wie möglich zu machen. Deshalb arbeiten Lu und ihr Team daran, einen zwei Quadratmillimeter großen Chip zu entwickeln. Das heißt, wenn die Leute mit einem münzgroßen drahtlosen Gerät, das Teil des Patches ist, zufrieden sind, könnte das Gerät bald einsatzbereit sein.
"Das Coolste daran ist, dass dies wirklich eine Plattformtechnologie ist", sagt Lu. "Man kann immer wieder die Grenzen der Skins, der Sensoren oder der Antenne verschieben. Sie können dieser Plattform hinzufügen. "
