29.03.2018

Medizinisches Monitoring mit Tattoo-Elektroden

Abziehbare Tattoo-Elektroden aus dem Tinten­strahl­drucker für medizinisches Lang­zeit­monitoring.

Bei Diagnoseverfahren wie dem Elektro­kardio­gramm (EKG) oder der Elektro­myo­graphie (EMG) kommen heute vorzugs­weise Gel-Elektroden zur Übertragung elektrischer Impulse von Herz oder Muskeln zum Einsatz. In der klinischen Praxis schränken die oft steifen und sperrigen Elektroden die Mobilität von Patienten jedoch spür­bar ein und sind wenig komfortabel. Da das Gel auf den Elektroden zudem bereits nach kurzer Zeit austrocknet, sind die Möglich­keiten der Messungen über längere Zeit­räume mit dieser Art von Elektrode beschränkt.

Abb.: Solche Tattoo-Elektroden aus dem Drucker sind besonders attraktiv für die medizinische Lang­zeit­diagnostik.(Bild: Lunghammer, TU Graz)

Francesco Greco vom Institut für Festköper­physik der TU Graz stellt nun gemeinsam mit Forschern des Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) Pontedera, der Università degli Studi in Mailand sowie der Scuola Superiore S. Anna in Pisa eine neu­artige Methode vor, die neue Möglichkeiten für die elektrische Impuls­über­tragung von Mensch auf Maschine mit gedruckten Tattoo-Elektroden eröffnet.

Bei der nun vorgestellten Methode werden leit­fähige Polymere in einem Tinten­strahl­druck­verfahren auf handels­übliches temporäres Tattoo-Papier gedruckt und so Einzel­elektroden oder Multi­elektroden-Anordnungen erzeugt. Die zur Über­tragung der Signale not­wendigen externen Verbindungen sind ebenfalls direkt in die Tätowierung integriert. Die Tattoo-Elektroden werden dann wie temporäre Abzieh­bilder auf die Haut auf­gebracht und sind für den Träger kaum spürbar. Aufgrund ihrer extrem geringen Dicke von unter einem Mikro­meter passen sich die Tattoo-Elektroden den Uneben­heiten menschlicher Haut perfekt an und lassen sich auch an Körper­stellen anbringen, die für die Applikation herkömmlicher Elektroden nicht geeignet sind, wie etwa das Gesicht.

Francesco Greco, Material­wissenschafter am Institut für Fest­körper­physik der TU Graz erklärt: „Uns ist mit dieser Methode ein großer Schritt in der Weiter­entwicklung der epi­dermalen Elektronik gelungen. Wir sind auf direktem Weg zu einem extrem kosten­günstigen und ebenso einfach wie viel­seitig anwend­baren System mit enormem Markt­potenzial.“ Vonseiten internationaler bio­medizinischer Unternehmen bestehe bereits konkretes Interesse an der gemeinsamen Entwicklung markt­fähiger Produkte, berichtet Greco.

Eine weitere Besonderheit der Tattoo-Elektroden aus dem Drucker ist, dass selbst eine Perforation des Tattoos etwa durch Haar­wachstum die Leistungs­fähigkeit der Elektrode und die Signal­übertragung nicht beeinträchtigt. Dies ist besonders bei Langzeit­anwendungen relevant, denn nach­wachsende Haare führen bei herkömmlichen Mess­methoden häufig zur Ungenauig­keit der Ergebnisse. In den Tests der italienisch-öster­reichischen Forschungs­gruppe wurden einwand­freie Über­tragungen von bis zu drei Tagen erprobt. Dies, so erklärt Greco, ermöglicht die Messung elektro­physiologischer Signale von Patienten oder Sportlern über längere Zeit­räume, ohne deren normale Aktivität zu beein­flussen oder einzu­schränken. Auch können die Elektroden aus dem Drucker in unter­schiedlichen Größen und Anordnungen produziert und individuell an die jeweilige Körper­stelle angepasst werden, an der die Messung vorgenommen werden soll.

Das ultimative Ziel der Forschung beschreibt Francesco Greco so: „Wir arbeiten an der Entwicklung von draht­losen Tattoo-Elektroden mit integriertem Transistor, die es ermöglichen würden, Signale sowohl zu empfangen als auch zu senden. Wir könnten so nicht nur Impulse messen, sondern Körper­regionen gezielt stimulieren.“

TU Graz / DE

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