MaterialwissenschaftenTattoos, die über den Körper wachen

Ingenieure haben winzige Elektroniksysteme entwickelt, die flexibel wie die menschliche Haut sind. Aufgeklebt könnten sie Herzströme analysieren und bei Gefahr warnen. von 

Über den Piratenkopf als Tattoo-Motiv lässt sich streiten. Wichtiger ist, was sich unter dem Freibeuter verbirgt: Millimeter große Schaltkreise aus Halbleitern, Transistoren und Leuchtdioden, angetrieben von winzigen Solarzellen oder Induktionsspulen. Kaum größer als eine Briefmarke und flexibel wie die menschliche Haut soll dieses Gerät sein. Wie ein Abzieh-Tattoo klebt es auf der Haut und könnte einst Daten unserer Körperfunktionen sammeln, senden und signalisieren. Acht Jahre Entwicklungsarbeit stecken in den ersten Elektro-Sensoren, die sich wie eine zweite Haut auf dem Körper befestigen lassen. Wer mag, kann sie hinter einem Tattoo-Motiv verstecken.

Die Technik eröffne "ganz neue Funktionalitäten nicht nur in medizinischen Anwendungen", sagt der Materialforscher John Rogers von der Universität von Illinois über seine Entwicklung. Zusammen mit seinem internationalen Team präsentierte er das "epidermale Elektroniksystem" jetzt im Magazin Science . Die Wissenschaftler treten damit den Beweis an, wie sich in Zukunft etwa Herz- oder Hirnströme jenseits von Kliniklabors oder Sportcentern messen und überwachen lassen.

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"Unser Ansatz unterscheidet sich deutlich von Mess-Elektroden, die mit Klebemittel oder Gurten an der Haut haften und an sperrige Instrumente angeschlossen sind", sagt Rogers. Die neu entwickelten Sensoren schmiegen sich dank eines wasserlöslichen Kunststoffes direkt an die menschliche Haut, ähnlich wie ein Abzieh-Tattoo. Und sie haften auf ihr mehr als 24 Stunden. Spezieller Kleber ist nicht notwendig, die Haftung erfolgt rein physikalisch. Dabei wirken Anziehungsmechanismen, die sich durch die Ladungsverteilungen in einzelnen Atomen ergeben. Wissenschaftler kennen diese Kräfte als Van-der-Waals-Kräfte , benannt nach dem Physiknobelpreisträger von 1910. Die Natur hat schon vielfach Verwendung dafür: Geckos flitzen dank der molekularen Anziehung senkrecht die Wände hoch oder krabbeln kopfüber an der Decke.

Die Liste der Anwendungsmöglichkeiten ist lang

"Bindemittel und gesundheitsschädliche Chemikalien sind überflüssig", sagt der Mediziner und Bioingenieur Brian Litt von der Universität von Pennsylvania im amerikanischen Philadelphia. Die Sensoren seien so biegsam und verformbar wie die Haut, ließen sich dehnen, quetschen und knittern. "Revolutionär", findet Litt die Elektro-Tattoos der Entwickler. Auch der Neurologe John McDonald von der renommierten Johns-Hopkins-Uni in Baltimore ist beeindruckt: "Damit werden die Karten in diesem Bereich neu gemischt."

Die Liste künftiger Anwendungsmöglichkeiten ist lang: Die Tattoos könnten nicht nur in der Medizin Behandlungen und Wundheilung überwachen sowie in der Diagnostik eingesetzt werden. Rogers und sein Team stellen sich gar Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine vor. Auf den Hals geheftet, konnten die Sensoren bereits einfache Muskelbewegungen unterscheiden, die durch Sprachübungen ausgelöst werden. Mit einfachen Befehlen wie "auf", "ab", "links" und "rechts" steuerten die Forscher in einem Versuch sogar die Figur in dem simplen Computerspiel Sokoban . Mit einer Genauigkeit von immerhin mehr als 90 Prozent.

Noch bleibt der Elektronikbaukasten im Miniaturformat aber unausgereift. "Ein Knackpunkt ist, wie man das System mit Energie versorgen kann, ohne die Vorteile des kleinen Geräts zu verspielen", sagt Thomas Stieglitz, Professor für Biomedizinische Mikrotechnik an der Uni Freiburg. Die Ingenieure um Rogers haben dafür zwar kabellose Induktionsspulen und winzige Solarzellen in die elektronische Haut eingebaut. "Dass die Spulen bereits kleinste verbaute Dioden zum Leuchten bringen können, konnten wir bereits zeigen", sagt Entwickler Rogers. Wie kontinuierlich sie und die Solarzellen letztlich Strom liefern, ist aber ungewiss. "Wenn ich für das Gerät wiederum eine Batterie in der Rückentasche herumtragen muss, ist die Frage, wo der Unterschied zu bereits vorhandenen mobilen Messgeräten liegt", sagt Stieglitz. Instrumente, die Herzströme per Langzeit-EKG aufzeichnen, sind heute schon im Einsatz. Patienten tragen dabei Geräte etwa in der Größe eines Smartphones bei sich.

Leserkommentare
  1. 1. Tattoo

    Ich frage mich, warum man den Begriff Tattoo für etwas aufgeklebtes verwendet? Wäre "Pflaster" nicht treffender?

  2. sehe ich schon Begehrlichkeiten geweckt: "Aufgeklebt könnten sie Kauf und Lebensgewohnheiten analysieren, Bewegungsprofile erstellen und bei Gefahr Regierungen/Militärjuntas warnen.

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