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Sensorik : Elektronisches Tattoo liefert die Diagnose

Das elektronische Tattoo: So groß wie eine Briefmarke und so dünn wie ein Blatt Papier Bild: John Rogers

Einfach auf die Haut geklebt: Ein elastischer Chip, gespickt mit Sensoren, überwacht den Blutdruck, den Puls und andere Körperfunktionen. Das unscheinbare Bauteil könnte die Diagnostik revolutionieren.

          Hirnströme, Puls, Körpertemperatur und Muskelkontraktionen lassen sich mit einem extrem dünnen und elastischen Halbleiterchip messen, der sich wie ein abwaschbarer Tattoo an jede Stelle der Haut aufbringen lässt. Die briefmarkengroße Folie, die so dünn ist wie ein Blatt Papier, könnte für die medizinische Diagnostik verwendet werden. Starre Metallplättchen, Nadeln und Stifte würden dadurch überflüssig, die üblicherweise zur Erfassung von Körperfunktionen verwendet werden, die aber die Bewegungsfreiheit der Patienten stark einschränken. Das elektronische Tattoo schmiegt sich perfekt an die Oberfläche an und folgt jeder Verformung der natürlichen Unterlage. Ein Prototyp blieb 24 Stunden auf der Haut haften, ohne an Funktionsfähigkeit zu verlieren, berichten John Rogers und seine Kollegen von der University of Illinois in Urbana Campaign in der Zeitschrift "Science" (Bd. 333, S. 838).

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Auf dem flexiblen Chip befinden sich neben den Sensoren für Herzschlag, Hirnströme und Temperatur auch eine Leuchtdiode und eine Funkantenne. Eine Solarzelle und eine Spule erzeugen den Strom für die Bauteile, wenn man Licht oder elektromagnetische Felder einstrahlt. Die Antenne sendet die gemessenen Daten an einen Computer.

          Schnittstelle Mensch-Maschine

          Erste Tests an einem Probanden demonstrierten die Leistungsfähigkeit der elektronischen Folie. Abhängig von der Stelle, auf der man sie aufgebracht hatte - auf Stirn, Brust oder Bein -, erfasste er Hirnströme, Puls oder die Aktivitäten der Muskeln beim Laufen. Befand sich der Chip am Hals des Probanden, so ließ sich verfolgen, wie sich beim Sprechen der Kehlkopf bewegte. Es war Rogers und seinen Kollegen möglich, einige gesprochene Wörter zu identifizieren. Mit den Befehlen "up", "down", "left" und "right" ließ sich sogar ein einfaches strategisches Computerspiel ansteuern. Für sie ist es vorstellbar, dass man die Membran als eine Mensch-Maschine-Schnittstelle verwenden könnte, um Patienten mit Stimmbandproblemen oder neurodegenerativen Erkrankungen die Kommunikation zu erleichtern oder wieder zu ermöglichen. Da das Elektronik-Tattoo über lange Zeit bequem getragen werden kann, könnte damit vielen Menschen zu mehr Unabhängigkeit und zu einer besseren Lebensqualität verholfen werden.

          Das elektonische Tattoo lässt sich auf jede Stelle der Haut kleben.

          Haften durch Anfeuchten

          Die Forscher um Rogers haben zwar bereits eine Reihe elastischer Schaltkreise entwickelt. Ihre jüngste Errungenschaft ist aber erstmals so dünn und elastisch, dass sie sich auf der Haut tragen lässt. Möglich ist das durch schlangenförmige Leiterbahnen, die sie aus einem flachen Siliziumwafer fertigten, miteinander zu Transistoren und Dioden verflochten und mit den anderen elektronischen Komponenten auf eine elastische Polyamidschicht aufbrachten. Anschließend wurde der Schaltkreis mit einem dünnen wasserlöslichen Polyesterfilm versehen. Dieser sorgt dafür, dass beim Anfeuchten die elektronische Folie fest auf der Haut haftet. Der Schaltkreis lässt sich auch auf der Rückseite eines abwaschbaren Tattoos aufbringen, so dass er nicht sichtbar ist. Da für die Herstellung des Chips geläufige Techniken verwendet werden, lässt er sich großtechnisch in verschiedenen Größen fertigen und mit beliebigen Funktionen ausstatten.

          Ungelöste Fragen

          Rogers hat mit Kollegen eine kleine Firma gegründet, die das Bauteil in größerer Stückzahl produzieren und vermarkten will. Noch ist der elastische Chip aber nicht für die Dauernutzung geeignet, abgestorbene Hautzellen beeinträchtigen die Funktionsfähigkeit auf Dauer. Zudem sollen die elektronischen Komponenten miteinander vernetzt werden, so dass sie zusammenarbeiten können und all Funktionen des elektronischen Tattoos vollständig auszureizen. Eine ungelöste Frage ist auch, wie sich eine Batterie mit ausreichender Kapazität platzsparend und ohne umständliche Verkabelung unterbringen lässt.

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