12/08/2011 - Elektronische Haut zur Messung von Vitalfunktionen

Menéame

Die Grenze zwischen Elektronik und Biologie wird langsam verschwommen, so ein Team von Ingenieuren und Wissenschaftlern, das eine elektronische künstliche Haut entwickelt hat, die ein enormes Potenzial für medizinische Anwendungen besitzt. Mit unterschiedlichen Sensortypen wurde das Pflaster aus künstlicher Haut, das als temporäres Tattoo an das natürliche klebt, bereits erfolgreich getestet, um die elektrische Aktivität des Herzens, des Gehirns und der Muskeln zu messen. Seine Anwendung, um die unangenehmen Elektroden und Kabel zu ersetzen, die für die Diagnose und Herzüberwachung verwendet werden, scheint offensichtlich, aber die Türen, die diese neue elektronische Kunstleder öffnen, sind riesig: Forscher weisen darauf hin, dass sie zum Beispiel Sensoren zur Messung der Gehirnaktivität unter normalen Bedingungen bauen können, ohne auf die Geräte zurückzugreifen, die jetzt verwendet werden, wodurch es möglich ist, wirklich zu untersuchen, wie das Gehirn funktioniert, wenn die Person ihr normales Leben macht. Es könnten auch empfindliche Häute für amputierte Gliedmaßen oder Transmitter hergestellt werden, die die Kommunikation von Personen mit Verletzungen erleichtern, die ihre Sprachfähigkeit einschränken. John A. Rogers, Dae-Hyeong Kim und der Rest der Autoren dieses Fortschritts erklären, wie sie dies getan haben und wie ihre ersten Essays in der Science-Magazin.

"Unser Ziel war es, eine elektronische Technologie zu entwickeln, die in die Haut integriert ist, so dass sie mechanisch und physiologisch unsichtbar für den Anwender ist," sagt Rogers in einer Mitteilung der National Science Foundation, die die Forschung finanziert hat, zusammen mit der US Air Force und dem Energieministerium. Seine Lösung umfasst zwei gegensätzliche Welten: die übliche Steifigkeit und Härte der elektronischen Objekte sowie die Elastizität und Leichtigkeit der biologischen Gegenstände.

Diese elektronische Haut ist komfortabel, einfach zu bedienen und effektiv, dank ihrer mechanischen Eigenschaften, die sich gut an die natürliche Haut anpassen, so dass es bequem für die Person, die sie mit geklebt, im Vergleich zu den üblichen Gel-beschichteten Elektroden ist. Es hat die Dicke eines menschlichen Haares und ist im Wesentlichen aus einem Polymer mit Flexibilität ähnlich der Silikon-Hülle der kleinen elektronischen Geräte hergestellt. Die Schichtstruktur ermöglicht die Integration elektronischer Komponenten, Rollen, Halbleiter und Isolierteile, drahtlose Antennen und sogar Minipaneelen. Die Filamente haben eine Serpentin-Konfiguration, so dass sie sich (wie natürliche Haut) dehnen und falten, ohne beschädigt zu werden. Die Pflaster dieser Haut haften an dem Körper ohne Kleber, einfach durch die natürliche Anziehung von Molekülen der gleichen Substanz, und sie scheinen temporäre Tätowierungen (man kann sie sogar unter einem verstecken). Und sie können überall im Körper platziert werden, ohne Hautreizungen zu verursachen.

Es ist nicht die erste künstliche Haut entwickelt, erinnert sich Zhenqiang Ma, Experte an der Universität Wisconsin. Solche Materialien sind vor allem für Roboter hergestellt worden, die mit Empfindlichkeit in den Händen in der Lage sind, Gegenstände mit Kraft zu ergreifen, die mit ihren Eigenschaften, d. h. der berühmten Herausforderung für die Eierfänger, verbunden sind. Diese technologischen Lösungen können auch angewendet werden, um die Empfindlichkeit gegenüber den Prothesen mit Händen und Füßen zu verleihen. Aber die Haut von Rogers (Universität Illinois in Urbana-Champagneign) und seinen Kollegen "ist ein wichtiger konzeptueller Fortschritt in der Elektronik, die eine Person tragen und praktisch tragen kann, ohne es zu bemerken," sagen Forscher.

Sie haben ihre elektronische Haut bei Freiwilligen getestet und festgestellt, dass sie 24 Stunden oder länger am Arm, am Hals, an der Stirn, an den Wangen und am Kinn arbeitet. In ihren Experimenten wurden die elektrische Aktivität der Beinmuskeln beobachtet und dann festgestellt, dass die mit der neuen Haut aufgenommenen Signale mit denen übereinstimmen, die gleichzeitig mit konventionellen Elektrodengeräten aufgenommen wurden. In einem der Studien wurde ein elektronisches Haut Pflaster in den Hals einer Person gelegt, und der Sensor konnte die Muskelbewegungen beim Sprechen unterscheiden, was die Möglichkeit eröffnet, diese Technologie einzusetzen, um zum Beispiel Patienten mit Kehlkopfverletzungen zu helfen.

Die Forscher erklären, welche Pläne sie haben, um ihre Technologie zu entwickeln, die kaum ihre ersten Schritte getan hat. Sie werden sich derzeit auf die Verbesserung der Funkkommunikation und der Stromversorgung konzentrieren. Im klinischen Bereich werden sie neue Anwendungen wie die Betreuung von Neugeborenen erforschen. Aber sie schauen bereits weiter und denken zum Beispiel, dass sie Mikrofluide in die elektronische Haut für Verbrennungsbehandlungen und zur Verbesserung der Wundheilung integrieren können.

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