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StartseiteForschung aktuellSensoren aus Papier messen Vitalfunktionen31.08.2020

Intelligente PflasterSensoren aus Papier messen Vitalfunktionen

US-Forscher haben mithilfe von Papier und Bleistift Messfühler gebastelt, die Vitalwerte wie die Körpertemperatur und den pH-Wert der Haut registrieren. Die simplen Sensoren könnten künftig helfen, die medizinische Versorgung in Entwicklungsländern zu verbessern.

Von Frank Grotelüschen

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Mit simplen Sensoren, gezeichnet mit Bleistift auf Papier, messen Forscher der University of Missouri Vitalparameter (University of Missouri)
Mit simplen Sensoren, gezeichnet mit Bleistift auf Papier, erfassen Forscher der University of Missouri die Körpertemperatur und andere Gesundheitsparameter (University of Missouri)
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Sie stehen kurz vor dem Routineeinsatz – sogenannte intelligente Pflaster. Das sind dehnbare und biegbare Sensoren, die einfach auf die Haut geklebt werden und bestimmte Körperfunktionen überwachen, zum Beispiel wie gut eine Wunde heilt. Doch für Zheng Yan von der University of Missouri in den USA sind die bisherigen Systeme noch zu aufwändig – und damit schlicht zu teuer: "Der Herstellungsprozess ist ziemlich kompliziert und die Ausgangsmaterialien sind relativ teuer. Und sie bestehen aus Plastik, deshalb kann man sie nicht so einfach wegschmeißen."

Ein bioelektronischer Sensor - gezeichnet auf Papier

Für Zheng Yan geht das mit dem intelligenten Pflaster auch deutlich simpler - mit Materialien, die jeder zuhause hat: "Wir nehmen Papier und einen Bleistift, und zwar einen mit hohem Graphitanteil, mehr als 90 Prozent. Und damit können wir einen bioelektronischen Sensor direkt aufs Papier zeichnen."

Graphit nämlich ist ein passabler Stromleiter. Und deswegen wird aus dem Bleistiftstrich auf dem Papier eine brauchbare Leiterbahn. Und werden mehrere Bleistiftstriche zu einem Muster kombiniert, lassen sich regelrechte Schaltkreise aufzeichnen. Setzt man diese Schaltkreise unter Strom, können sie bestimmte Funktionen übernehmen. Zum Beispiel die Körpertemperatur messen: Bei Fieber ist der Stromfluss durch den Sensor anders als bei Normaltemperatur.

Drei Sensortypen demonstrieren das Funktionsprinzip

"Bisher haben wir drei verschiedene Typen entwickelt. Das erste ist ein biophysikalischer Sensor. Er kann zum Beispiel die Hauttemperatur überwachen und ein EKG-Signal messen. Der zweite ist ein chemischer Sensor. Er kann den Schweiß analysieren und dadurch pH-Werte und Glukose-Konzentrationen messen. Und mit dem dritten Typ lässt sich Energie gewinnen. Er nutzt die Luftfeuchtigkeit, um Strom zu erzeugen."

Die per Bleistift aufs Papier gemalten Schaltkreise sind groß wie Münzen und sehen originell aus. Manche sind kunstvoll geschwungen und erinnern an Mandalas. Andere muten wie archaische Bildzeichen längst vergangener Zivilisationen an.

Der Tragekomfort lässt noch zu wünschen übrig

Damit das Papier auf der Haut heftet, haben es die Fachleute mit einer Klebeschicht versehen. Eine Lösung, mit der Zheng Yan allerdings noch nicht zufrieden ist: "Papier ist ziemlich hart und liegt nicht sehr bequem auf der Haut. Deshalb wollen wir mit bestimmten Chemikalien versuchen, das Papier weicher zu machen, sodass es angenehmer zu tragen ist. Ein weiteres Problem: Bislang müssen wir die Signale noch mit Drähten von den Sensoren ableiten. Das wollen wir ändern und sie komplett drahtlos machen."

Sollten die Fachleute Erfolg haben, könnten die Sensoren aus Graphit und Papier insbesondere in Regionen zum Einsatz kommen, in denen die Gesundheitssysteme knapp bei Kasse sind. So ließen sich bei Risikopatienten rund um die Uhr wichtige Vitalwerte messen, und zwar ohne großen Aufwand und mit wenig Geld. Und Zheng Yan denkt sogar noch weiter: "Vielleicht können die Menschen ja irgendwann zu Hause ihren Sensor einfach selber aufmalen – je nachdem, was sie gerade brauchen."

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