Forschende haben ein dehnbares und kabelloses Pflaster zur Durchführung von EKGs vorgestellt. Damit soll sich die Zahl stationärer Untersuchungen für Risikopatientinnen und -patienten reduzieren lassen.
Forschende am Fraunhofer IZM haben den Demonstrator, der so dünn wie ein herkömmliches Pflaster ist, gemeinsam mit 31 Partnern aus Industrie und Forschung im Rahmen des Projekts APPLAUSE (Advanced packaging for photonics, optics and electronics for low cost manufacturing in Europe) entwickelt. Im Inneren des Demonstrators erstrecken sich Sensoren und winzige Elektronik für ein Langzeit-Monitoring des Herzens. Einmal aufgeklebt, ermöglicht das Plug&Play-Patch die kardiologische Überwachung von Patientinnen und Patienten. So lassen sich Vitaldaten wie die Sauerstoffsättigung im Blut, die Brustbewegung sowie die Bioimpendanz messen und direkt an eine App schicken, damit durch klinisches Personal überprüft werden können.
Hoher Tragekomfort und hohe Funktionalität
Als Trägerfolie für das Pflaster kommt thermoplastisches Polyurethan (TPU) zum Einsatz. Es soll durch seine Flexibilität und Dehnbarkeit einen hohen Tragekomfort am Körper ermöglichen. Das Material lässt sich zudem kostengünstig mittels gängiger Leiterplattentechnologien verarbeiten, wie beispielsweise der Montage von Komponenten mit Pick-and-Place Maschinen. Dieser Vorteil wurde durch die Integration der elektrischen Funktionalitäten in ein duales System-in-Package-Design (SiP) genutzt, das direkt auf der flexiblen Leiterplatte montiert wurde. Würth Elektronik Circuit Board Technology hat das Design der Leiterplatten die Fertigung der Substrate realisiert. Dazu wurden neuartige ultra- und starrflexible Aufbauvarianten konzipiert und die Leiterplatten auf Basis der hautfreundlichen Substrate hergestellt.
EKG-Pflaster noch vor wenigen Jahren undenkbar
Im Projekt konnte außerdem demonstriert werden, dass eine robuste Verkapselung dünner Schaltungsträger, die mit Bauteilen unterschiedlicher Höhen bestückt sind, auf TPU möglich ist. Der hohe Grad der Miniaturisierung und dichten Integration ermöglichte einen unauffälligen Formfaktor, während die dehnbare Leiterplatte ein ausgesprochen nachgiebiges und biokompatibles Substrat darstellt. Der Druck der Elektroden direkt auf der flexiblen Leiterplatte sowie die Integration der gesamten Elektronik in ein textiles Substrat haben die Entwicklung der medizinischen Patches zur Überwachung der Körperfunktionen entscheidend vorangebracht. „Vor einigen Jahren war so ein elektronisches Pflaster zur Herzüberwachung noch unvorstellbar. Erst durch die Weiterentwicklung von Integrationstechnologien ist es nun möglich, Medizintechnik so zu miniaturisieren, dass es als biokompatibles und dehnbares Pflaster statt als starres Gerät genutzt wird“, so Christine Kallmayer, Projektverantwortliche am Fraunhofer IZM.
EKG-Pflaster auf der Compamed
Das Vorhaben ist Teilprojekt des APPLAUSE-Projekts, welches im Rahmen von ECSEL Joint Undertaking durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union mit einer Summe in Höhe von 34,5 Mio. Euro gefördert wird. Der Demonstrator und weitere Forschungsergebnisse der Gruppe „System on Flex“ von Kallmayer sollen auf der Compamed vom 13.-16 November 2023 in Düsseldorf vorgestellt werden.