"Es ist insgesamt 35 bis 40 Mikrometer dick – also ungefähr halb so dick wie ein menschliches Haar","
erläutert John Rogers . Hauchdünn und so groß wie eine Briefmarke ist das neue elektronische Hautmesssystem, das er mit seinem Team von Material- und Ingenieurwissenschaftlern an der Universität Illinois entwickelt hat. Es besteht aus einer weichen, transparenten Kunststoffschicht. In diese Folie sind - für das menschliche Auge kaum sichtbar - hochempfindliche Sensoren laminiert. Normalerweise sind derartige Bauteile hart und steif, was auf der Haut störend wäre. Deshalb kamen die Forscher auf eine andere Idee:
""Wir haben die Schaltkreise geometrisch so wie ein Spinnennetz konstruiert, sie sind spiralförmig gewunden. Die integrierten Komponenten sind dadurch weich und elastisch miteinander verbunden. Sie lassen sich mit den Bewegungen der Haut biegen und dehnen, ohne zu reißen. "
Und ohne spürbar zu sein. Auf die Haut aufbringen läßt sich die Sensorfolie, indem man sie leicht mit Wasser benetzt - so wie ein Abzieh-Tattoo für Kinder. Es haftet dann aufgrund der so genannten Van-der-Waals-Kräfte.
"Das ist das gleiche Prinzip wie bei einem Gecko, der an der Decke laufen kann. Kein Klebstoff ist da im Spiel – es sind diese Anziehungskräfte zwischen den Geckofüßen und der Deckenoberfläche. Und genau so hält auch unser elektronisches Tattoo auf der Haut."
Ein bis zwei Wochen könnte man so Messdaten einsammeln, dann müsste das elektronische Tattoo erneuert werden, meint der Wissenschaftler John Rogers. Schließlich erneuern sich die Zellen der Haut ständig und Hautschuppen könnten dann die Haftung beeinflussen. Aber in diesen bis zu zwei Wochen liefern die Sensoren zuverlässige Messwerte. Das haben die bisherigen Studien ergeben. Je nachdem, wo die Aufkleber platziert werden, nehmen sie verschiedene Informationen auf.
"Auf der Brust ist das dominante Signal, das aufgenommen wird, die elektrische Aktivität, die mit dem Herzschlag zusammenhängt. Auf der Stirn reagieren die Sensoren besonders empfindlich auf die Hirnströme und auf der Kehle, das sind es die Muskelkontraktionen – übrigens ist es auf den Unterarmen und den Beinen ebenso."
Die Daten, die mit dem neuen elektronischen Hautmesssystem gesammelt wurden, entsprachen exakt denen, die mit herkömmlichen Methoden zu messen sind. Soweit sind die amerikanischen Wissenschaftler auch zufrieden. Allerdings haben sie zum Auslesen der Messdaten noch Kabel genutzt: ultradünne Kabel, die an einer Seite des Aufklebetattoos befestigt waren und zu einem Aufzeichnungsgerät führten. Rogers:
"Wir halten das nicht für die beste Lösung, natürlich ist es weit attraktiver, eine drahtlose Funkverbindung zwischen dem Tattoo und einem Datenrekorder zu haben und das ist auch möglich. Wir haben auch bereits die Schaltkreise für die Funkverbindung gebaut, sie funktionieren, aber wir haben sie noch nicht in das Hautmesssystem integriert. Das tun wir als nächstes."
Dann wird die Erfindung auch eine wirkliche Alternative für jeden Patienten sein, der langzeitüberwacht werden muss. Er kann sich ungehindert bewegen, die Messdaten sind zuverlässig und – wie die Studie ebenfalls gezeigt hat: die Hautverträglichkeit der Kunststoffschicht ist sehr gut. Aber das ist noch nicht alles:
"Es ist meines Erachtens nur die Spitze des Eisberges. Die Spitze dessen, was mit dem tattooartigen Sensor in Zukunft noch möglich sein wird."
Denkbar ist, das elektronische Hautmesssystem auch in eine Art Netzwerk zu integrieren - um beispielsweise Querschnittsgelähmten zu helfen: Am Hals könnten schon geringste Bewegungen der Haut aufgenommen und dann von einem Computer in Sprache übersetzt werden. Noch ist das intelligente Tattoo nicht kommerziell erhältlich, aber ein Sportartikelhersteller hat bereits Interesse angemeldet. Im kommenden Jahr soll erst mal ein einfaches Messgerät für Sportler auf den Markt kommen.
erläutert John Rogers . Hauchdünn und so groß wie eine Briefmarke ist das neue elektronische Hautmesssystem, das er mit seinem Team von Material- und Ingenieurwissenschaftlern an der Universität Illinois entwickelt hat. Es besteht aus einer weichen, transparenten Kunststoffschicht. In diese Folie sind - für das menschliche Auge kaum sichtbar - hochempfindliche Sensoren laminiert. Normalerweise sind derartige Bauteile hart und steif, was auf der Haut störend wäre. Deshalb kamen die Forscher auf eine andere Idee:
""Wir haben die Schaltkreise geometrisch so wie ein Spinnennetz konstruiert, sie sind spiralförmig gewunden. Die integrierten Komponenten sind dadurch weich und elastisch miteinander verbunden. Sie lassen sich mit den Bewegungen der Haut biegen und dehnen, ohne zu reißen. "
Und ohne spürbar zu sein. Auf die Haut aufbringen läßt sich die Sensorfolie, indem man sie leicht mit Wasser benetzt - so wie ein Abzieh-Tattoo für Kinder. Es haftet dann aufgrund der so genannten Van-der-Waals-Kräfte.
"Das ist das gleiche Prinzip wie bei einem Gecko, der an der Decke laufen kann. Kein Klebstoff ist da im Spiel – es sind diese Anziehungskräfte zwischen den Geckofüßen und der Deckenoberfläche. Und genau so hält auch unser elektronisches Tattoo auf der Haut."
Ein bis zwei Wochen könnte man so Messdaten einsammeln, dann müsste das elektronische Tattoo erneuert werden, meint der Wissenschaftler John Rogers. Schließlich erneuern sich die Zellen der Haut ständig und Hautschuppen könnten dann die Haftung beeinflussen. Aber in diesen bis zu zwei Wochen liefern die Sensoren zuverlässige Messwerte. Das haben die bisherigen Studien ergeben. Je nachdem, wo die Aufkleber platziert werden, nehmen sie verschiedene Informationen auf.
"Auf der Brust ist das dominante Signal, das aufgenommen wird, die elektrische Aktivität, die mit dem Herzschlag zusammenhängt. Auf der Stirn reagieren die Sensoren besonders empfindlich auf die Hirnströme und auf der Kehle, das sind es die Muskelkontraktionen – übrigens ist es auf den Unterarmen und den Beinen ebenso."
Die Daten, die mit dem neuen elektronischen Hautmesssystem gesammelt wurden, entsprachen exakt denen, die mit herkömmlichen Methoden zu messen sind. Soweit sind die amerikanischen Wissenschaftler auch zufrieden. Allerdings haben sie zum Auslesen der Messdaten noch Kabel genutzt: ultradünne Kabel, die an einer Seite des Aufklebetattoos befestigt waren und zu einem Aufzeichnungsgerät führten. Rogers:
"Wir halten das nicht für die beste Lösung, natürlich ist es weit attraktiver, eine drahtlose Funkverbindung zwischen dem Tattoo und einem Datenrekorder zu haben und das ist auch möglich. Wir haben auch bereits die Schaltkreise für die Funkverbindung gebaut, sie funktionieren, aber wir haben sie noch nicht in das Hautmesssystem integriert. Das tun wir als nächstes."
Dann wird die Erfindung auch eine wirkliche Alternative für jeden Patienten sein, der langzeitüberwacht werden muss. Er kann sich ungehindert bewegen, die Messdaten sind zuverlässig und – wie die Studie ebenfalls gezeigt hat: die Hautverträglichkeit der Kunststoffschicht ist sehr gut. Aber das ist noch nicht alles:
"Es ist meines Erachtens nur die Spitze des Eisberges. Die Spitze dessen, was mit dem tattooartigen Sensor in Zukunft noch möglich sein wird."
Denkbar ist, das elektronische Hautmesssystem auch in eine Art Netzwerk zu integrieren - um beispielsweise Querschnittsgelähmten zu helfen: Am Hals könnten schon geringste Bewegungen der Haut aufgenommen und dann von einem Computer in Sprache übersetzt werden. Noch ist das intelligente Tattoo nicht kommerziell erhältlich, aber ein Sportartikelhersteller hat bereits Interesse angemeldet. Im kommenden Jahr soll erst mal ein einfaches Messgerät für Sportler auf den Markt kommen.