Medizin: Diese vorübergehenden Tattoos überwachen die Vitalwerte

Ingenieur:innen der Penn State University haben eine leitfähige Tinte entwickelt, die sich wie Farbe direkt auf die Haut auftragen lässt und dabei als vollwertige Elektrode funktioniert. Das Team um Wanqing Zhang und Larry Cheng stellt seine Arbeit in den Proceedings of the National Academy of Sciences vor. Anders als starre Metallelektroden oder die seit Jahren verwendeten Hydrogel-Sensoren bleibt die neue Tinte auch bei Bewegung, Schweiß und Körperbehaarung zuverlässig auf der Haut haften und liefert dabei EEG-, EKG- und EMG-Signale mit hoher Genauigkeit.

Warum bisherige Elektroden an ihre Grenzen stoßen

Klassische Elektroden bestehen aus starrem Metall und lösen sich bei Bewegung leicht von der Haut, was gerade bei Physiotherapie oder Reha-Anwendungen zum Problem wird. Hydrogel-Elektroden lösten dieses Problem teilweise, da das schwammartige Material Feuchtigkeit aufnimmt und sich dehnt. Trocknet das Gel jedoch aus, verliert es Haftung und Elastizität. Zhang erklärt, dass vorgefertigte Elektroden zudem einen winzigen Luftspalt zur Haut bilden, der die Signalqualität verschlechtert. Genau hier setzt die neue Tinte an: Sie wird flüssig aufgetragen und passt sich der Hautoberfläche direkt an, ganz ohne Zwischenraum.

Elektroden zum Aufmalen

Die Tinte besteht aus mehreren Polymeren und sauren Zusatzstoffen in einer wässrigen Lösung. Im nassen Zustand fühlt sie sich wie Klebstoff an, trocknet aber innerhalb von zehn Minuten, mit Fön sogar schneller. Zunächst ist sie fast transparent, lässt sich jedoch mit Lebensmittelfarbe in jede gewünschte Farbe einfärben. Das Team hat damit bereits Motive wie Haifische, Cartoonfiguren oder Superman auf Unterarme und Hände gemalt. Cheng vergleicht das Material deshalb mit Gesichtsfarbe. Getrocknet lässt sich die Elektrode um mehr als 150 Prozent dehnen, ohne zu reißen, und bleibt dabei voll funktionsfähig.

Stabile Signale trotz Schweiß und Bewegung

Für die Übertragung der Signale verbindet sich die Tinte mit einem porösen Silbertextil, das wie ein feines Metallgewebe auf der Haut liegt. Die noch feuchte Tinte dringt in das Gewebe ein und verbindet sich beim Trocknen fest damit. Dieser Anschluss wird an ein größeres Modul geklickt, das unter der Kleidung getragen wird und die Messwerte per Bluetooth an einen Computer sendet. Die poröse Struktur lässt zugleich Feuchtigkeit und Haare hindurch, wodurch die Elektrode auch nach zwölf Stunden Dauertragen oder während sportlicher Belastung zuverlässig haften bleibt. In einem Test steuerte ein Proband allein über die EMG-Signale seines Unterarms eine robotische Hand, ohne sie zu berühren.

Von der Kinderklinik bis zur Pflanzenforschung

Eine Flasche der Tinte reicht nach Angaben des Teams für mehrere Elektroden über Tage oder eine ganze Woche hinweg, da sich die aufgemalten Sensoren einfach abwaschen und neu auftragen lassen. Nur das teurere Elektronikmodul bleibt wiederverwendbar, während die Elektrode selbst als Verbrauchsmaterial gedacht ist. Cheng und sein Team wollen die Technologie künftig so erweitern, dass sie auch Biomarker wie Cortisol oder Glukose erfasst, und sehen besonderes Potenzial in der Kinderheilkunde, wo Patient:innen oft empfindlich auf sichtbare medizinische Geräte reagieren. Daneben denkt das Team über sogenannte smarte Pflanzen nach, die mithilfe der gleichen Tinte chemische Belastungen in ihrer Umgebung sichtbar machen könnten.

via PennState University