Medizin: Neue elektronische Fäden machen medizinische Wearables fast unsichtbar

Forscher:innen der Tufts University haben elektronische Fäden entwickelt, die sich in Kleidung einweben oder direkt auf die Haut auftragen lassen. Die sogenannten Thread-ectronics sind so dünn und flexibel, dass Träger:innen sie kaum wahrnehmen. Das Team um Professor Sameer Sonkusale stellt die Technologie in der Fachzeitschrift Applied Materials and Interfaces vor. Anders als starre Smartwatches oder Ringe passen sich die Fäden der Körperform an, statt den Körper zur Anpassung zu zwingen. Mehr als ein Drittel der Erwachsenen in den USA trägt bereits Smartwatches oder Smart Rings zur Gesundheitsüberwachung. Thread-ectronics könnten diese Geräte in Zukunft ergänzen, gerade dort, wo Nutzer:innen sichtbare Technik am Körper meiden.

Fäden statt Patches

Bislang bestehen medizinische Wearables meist aus flachen Patches oder Gehäusen. Sonkusales Team baut stattdessen jede Komponente eines integrierten Schaltkreises als Faden nach, von Transistoren bis zu Sensoren. Die Fäden lassen sich biegen, dehnen und aufrollen, ohne zu brechen. Ingenieur:innen können sie in Sportkleidung oder Arbeitskleidung einarbeiten, wo starre Sensoren bislang scheiterten. Auch eine direkte Anbringung auf der Haut ist möglich, etwa um Umweltdaten oder Körperwerte zu übertragen. Ein feiner, mit Gold beschichteter Faden bildet dabei das Rückgrat jeder Schaltung. Winzige, vollständig flexible Transistoren sitzen direkt auf diesem Faden und werden über ein leitfähiges, kunststoffähnliches Material mit dem Gold verbunden. Eine zweite Stromleitung steuert dabei eine Art Ventil, über das sich der Elektronenfluss wie mit einem Wasserhahn öffnen und schließen lässt.

Ein Gel hält alles zusammen

Kernstück der Technik ist ein sogenanntes Eutektogel. Es überbrückt einen weniger als einen Millimeter breiten Spalt zwischen zwei Fadenenden und steuert dort den Elektronenfluss, etwa in einem Widerstand oder Kondensator. Frühere Ansätze setzten auf Hydrogele, die jedoch austrocknen. Das Eutektogel bleibt stabil und lässt sich bei Kontakt mit der Haut bedenkenlos einsetzen. Reißt die Verbindung, genügt sanfte Wärme, um sie wieder herzustellen. Der Faden selbst lässt sich nach einem Schnitt jedoch nicht reparieren.

Erste Tests am Körper

In ersten Versuchen platzierte das Team einen Sensor an der Schläfe, der Lidschläge registrierte, sowie einen weiteren am Brustkorb, der Veränderungen der Atmung erfasste. Laut Sonkusale könnten die Fäden künftig sogar wie Nahtmaterial im Körper Heilungsprozesse überwachen, das Sturzrisiko älterer Menschen einschätzen oder die Atmung von Säuglingen kontrollieren. Da die Fertigung ohne Fotolithografie, Reinräume oder Hochtemperaturprozesse auskommt, lässt sich die Technik gut mit Textilmaterialien kombinieren. Das senkt langfristig die Herstellungskosten.

Laut Doktorandin Wenxin Zeng, Erstautorin der Studie, steht die Plattform noch am Anfang. Das Team will Geschwindigkeit und Präzision der Fertigung verbessern und den Fäden komplexere Funktionen beibringen. Sonkusale sieht in der Technik einen grundlegenden Wandel für tragbare Bioelektronik. Statt starrer Patches entstehen Systeme, die eher Fasern ähneln als klassischer Hardware. Künftige Anwendungen könnten von der Sportmedizin bis zur Überwachung chronisch kranker Patient:innen reichen, sobald sich die Fertigung stabilisiert und die Kosten weiter sinken.

via Tufts University