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Gedruckte Elektronik

Neue Sensoren für die Medizin

Aktueller Stand der Technik und neue Märkte im Mobiltätsektor
Der Gesundheitsmarkt rückt immer stärker in den Fokus
© VTT - Forschungszentrum

Mitte März 2018 informierte die LOPEC, Fachmesse und Kongress für gedruckte Elektronik, über den aktuellen Stand der Technik und neue Märkte. Neben Branchen wie der Verpackungsindustrie und dem Mobilitätsektor rückt der Gesundheitsmarkt immer stärker in den Fokus

Im Gespräch mit der Elektronik-Redaktion erläutert Teemu Alajoki, Wissenschaftler am Technischen Forschungszentrum Finnland VTT und Referent des LOPEC-Kongresses, welches Potenzial in gedruckten Sensoren für medizintechnische Anwendungen steckt.

Elektronik: Herr Alajoki, Sie entwickeln Sensoren für medizinische Anwendungen. Was messen diese Sensoren?

Teemu Alajoki: Mit Sensoren lassen sich verschiedenste Parameter überwachen. Das Anwendungsspektrum reicht vom Monitoring der Körpertemperatur und der Atemfrequenz bis zum Einsatz in der Elektrokardiographie (EKG), der Elektroenzephalografie (EEG) oder der Pulsoximetrie, einer Methode zur Messung der Sauerstoffsättigung im arteriellen Blut.

Elektronik: Wie stellen Sie die Sensoren her?

Alajoki: Wir drucken mit Silbertinten und anderen meist anorganischen Tinten auf flexible und dehnbare Folien aus Kunststoff. Wir haben hierfür verschiedene Methoden entwickelt und nutzen zum Beispiel Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren. Die gedruckten Sensoren (Bild 2) werden anschließend in Bandagen oder Pflaster geklebt. In Textilien integrieren wir sie noch nicht, aber das wäre der nächste Schritt.

Elektronik: Warum verwenden Sie gedruckte Elektronik?

Alajoki: Der größte Vorteil der gedruckten Sensoren ist, dass sie nicht so sperrig und voluminös sind wie konventionelle. Das ist für die Patienten viel angenehmer, denn sie tragen die Sensoren dicht am Körper. Die Flexibilität, die Biegsamkeit der gedruckten Elektronik ist ein entscheidendes Kriterium für den Tragekomfort, aber auch für die Funktionsfähigkeit von körpernahen Sensoren. In der Pulsoximetrie beispielsweise, die unter anderem bei der Narkoseüberwachung zum Einsatz kommt, wird ein optischer Sensor um die Fingerspitze des Patienten gelegt. Die geringen Herstellungskosten der gedruckten Elektronik spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle, denn der Trend geht dahin, dass medizinische Sensoren nur einmal beziehungsweise nur für einen Patienten verwendet werden. Druckverfahren senken die Kosten deutlich. Hier besteht aber noch Entwicklungsbedarf, vor allem hinsichtlich der Automatisierung der Massenproduktion von gedruckten Elektronikkomponenten.

Teemu-Alajoki vom VTT, dem technischen Forschungszentrum Finnland
Teemu Alajoki vom VTT: »Mit Einwegsensoren können wir in vielen Fällen die Übertragung von Krankheitserregern verhindern!«
© VTT - Forschungszentrum

Elektronik: Sensoren und andere Bauteile für medizinische Anwendungen müssen besonders verlässlich funktionieren. Erfüllt die gedruckte Elektronik diesen Anspruch?

Teemu Alajoki: Ja, auf jeden Fall. In der Pulsoximetrie kommen teils schon
gedruckte Sensoren zum Einsatz und sind bereits kommerziell erhältlich. Das belegt, dass die Zuverlässigkeit der gedruckten Elektronik bereits auf einem hohen Level für den Einsatz in der Medizin ist.

 

Die Herausforderung besteht vor allem darin, einen hohen Tragekomfort zu gewährleisten und zugleich eine verlässliche Stabilität – trotz der mechanischen Beanspruchung bei bestimmten Anwendungen oder bei Bewegungen der Patienten. Hier haben wir deutliche Fortschritte erzielt. Die Langlebigkeit wiederum spielt zumindest bei den Einwegsensoren, die nur über einen kurzen Zeitraum genutzt werden, eine untergeordnete Rolle.

Elektronik: Welche Vorteile bieten solche Einwegsensoren?

Alajoki: Der Hauptgrund ist, auf diese Weise die Übertragung von Krankheitserregern zu verhindern und so eine bessere Kontrolle von Infektionen in Gesundheitseinrichtungen zu erzielen. In der Pulsoximetrie werden teils schon wegwerfbare Sensoren verwendet, denn die Desinfektion ist teuer und trotz sorgfältiger Reinigung bleibt ein Restrisiko bestehen, dass Keime überleben und sich verbreiten. Multiresistente Bakterien bedeuten in vielen Ländern eine immer größere Gefahr für die Patienten. Dieses Problem können Einwegsensoren minimieren.

Elektronik: Abgesehen von Sensoren für das Monitoring von Körperfunktionen, welche medizinischen Anwendungen profitieren noch von der gedruckten Elektronik?

Alajoki: Gedruckte Elektronik kann man nicht nur zum Überwachen oder in der Diagnostik einsetzen, sondern auch in der Therapie. In der Schmerzbehandlung beispielsweise gibt es eine Methode namens Elektrostimulation. Sie basiert auf Elektroden, die direkt auf der Haut sitzen und schmerzlindernde Stromimpulse abgeben. Ähnlich wie bei den Sensoren, die wir entwickeln, kann die gedruckte Elektronik auch hier den Tragekomfort und die Funktionsfähigkeit verbessern.

 

Der Autor

 

Teemu Alajoki

ist Wissenschaftler am Technischen Forschungszentrum Finnland VTT und Referent des LOPEC-Kongresses.

 


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