"The motivation comes from the desire to develop a wearable sensor that can monitor the patient's condition."
Seine Motivation ist es, einen tragbaren Sensor zu entwickeln, der den Zustand eines Patienten überwachen kann, sagt Dae-Hyeong Kim. Seit etwa sechs Jahren tüfteln der Professor für Materialforschung von der Universität Seoul und sein Team an kleinen, hauchdünnen Geräten, die Menschen direkt am Körper anbringen können.
"Sie sollten sehr angenehm zu tragen, also sehr leicht und einfach anzubringen sein. Außerdem sollten sie schön aussehen."
Bereits erhältliche Geräte sind noch nicht so filigran und anschmiegsam. Kims neuste Entwicklung erinnert von der Größe und vom Gewicht an ein Pflaster – aber an eine Hightech-Version davon. Sie besteht aus mehreren jeweils nur mikrometerdicken Schichten.
"Als Bewegungs-Sensor haben wir eine sehr dünne Lage Silizium verwendet. Und als Speichermedium nutzen wir Titanoxid und eine Goldschicht. Das Ganze ist abgedeckt von einer Polymerschicht, die gerade einmal 1,5 Mikrometer Dicke misst. Das Gerät ist insgesamt nur drei Mikrometer dick. Weil es so dünn ist, ist es sehr flexibel."
Bewegungen speichern
Eine wichtige Eigenschaft, soll doch das Hightech-Pflaster eines Tages an Arme, Beine oder Rücken geklebt werden, um zum Beispiel die unkontrollierten Muskelbewegungen bei Parkinson-Patienten zu registrieren und zu speichern. Ein Arzt könnte dann die Daten auswerten und entsprechend handeln, etwa eine Medikamenten-Dosierung anpassen. Der Prototyp konnte bereits erfolgreich Daten von Muskelbewegungen sammeln. Doch das allein reichte Kim nicht: Sein Pflaster ist mit winzigen Silizium-Nanopartikeln auf der Seite bestückt, die auf die Haut geklebt wird. Diese Nanopartikel können mit Medikamenten für Parkinson-Patienten beladen werden, die dann über die Haut in den Körper gelangen.
"Ein wichtiger Punkt ist, dass wir die Geschwindigkeit der Medikamenten-Abgabe beeinflussen können, und zwar durch ein eingebautes Wärme-Element, das aus einer einzigen Lage Gold-Atomen besteht. Indem wir die Temperatur auf 45 Grad Celsius erhöhen, diffundiert drei Mal mehr Medikament durch die Haut als bei Raumtemperatur."
Tüfteln im Selbstversuch
Ein Arzt könnte damit die Medikamenten-Dosierung auf den jeweiligen Patienten flexibel anpassen. Doch zwei wesentliche Dinge kann das ultradünne Gerät noch nicht leisten: Die Energieversorgung ist das eine:
"Wir müssten eine dehn- und biegbare Batterie in das Pflaster einbauen. Oder der Patient trägt außerdem eine Smart Watch, eine intelligente Armbanduhr, die dann die Energie liefern könnte."
Dazu kommt: Die Daten müssen noch außerhalb des Geräts an einem Computer ausgewertet werden. Ein Mikroprozessor ist noch nicht eingebaut. Große Elektronik-Konzerne hätten aber bereits Interesse angemeldet, so Kim. Doch bis sein Hightech-Pflaster in Serie geht, werden noch Jahre vergehen. Derweil tüfteln die Forscher weiter, auch im Selbstversuch. Der Professor ist dabei eher zurückhaltend: Er schickt lieber seine Studenten vor.