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Jun 30, 2023

Tattoo-Elektroden aus einer Tinte

Forscher der TU Graz präsentieren Tattoo-Elektroden aus dem

Forscher der TU Graz stellen Tattoo-Elektroden aus dem Drucker vor, die besonders für die medizinische Langzeitdiagnostik attraktiv sind

Technische Universität Graz

Bild: Das ist Francesco Greco, Forscher an der TU Graz in Österreich, mit einer temporären Tattoo-Elektrode.mehr sehen

Bildnachweis: Lunghammer - TU Graz

Bei diagnostischen Verfahren wie dem Elektrokardiogramm (EKG) und der Elektromyographie (EMG) sind Gelelektroden die bevorzugte Methode zur Übertragung elektrischer Impulse vom Herzen oder Muskel. Im klinischen Alltag schränken die oft steifen und unhandlichen Elektroden die Mobilität der Patienten spürbar ein und sind nicht sehr komfortabel. Da das Gel auf den Elektroden nach kurzer Zeit austrocknet, sind Messungen über einen längeren Zeitraum mit solchen Elektroden nur eingeschränkt möglich.

Zusammen mit Forschern des Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) Pontedera, der Università degli Studi in Mailand und der Scuola Superiore Sant' Anna in Pisa stellt Francesco Greco vom Institut für Festkörperphysik der TU Graz in Advanced Science eine neuartige Methode vor, die die Transmission erhöht von elektrischen Impulsen von Mensch zu Maschine auf die nächste Ebene mithilfe gedruckter Tattoo-Elektroden.

Gedruckte Tattoo-Elektroden für die Langzeitdiagnostik

Bei der vorgestellten Methode werden leitende Polymere auf handelsübliches temporäres Tattoo-Papier gedruckt und so Einzel- oder Mehrfachelektrodenanordnungen hergestellt. Die zur Übertragung der Signale notwendigen externen Anschlüsse sind direkt im Tattoo integriert. Die Tattoo-Elektroden werden dann wie temporäre Transferbilder auf die Haut aufgebracht und sind für den Träger kaum spürbar. Aufgrund ihrer extremen Dicke von unter einem Mikrometer passen sich die Elektroden perfekt an die unebene menschliche Haut an und können sogar an Körperstellen angebracht werden, an denen herkömmliche Elektroden nicht geeignet sind, beispielsweise im Gesicht. Francesco Greco, Materialwissenschaftler am Institut für Festkörperphysik der TU Graz erklärt: „Mit dieser Methode ist es uns gelungen, einen großen Schritt nach vorne in der Weiterentwicklung der epidermalen Elektronik zu machen. Wir sind auf dem direkten Weg, eine äußerst wirtschaftliche und einfache Lösung herzustellen.“ sowie ein vielseitig einsetzbares System mit enormem Marktpotenzial.“ Es gebe bereits konkretes Interesse internationaler biomedizinischer Unternehmen an der gemeinsamen Entwicklung marktfähiger Produkte, berichtet Greco.

Personalisierung der epidermalen Elektronik

Ein weiteres Merkmal der mit dem Drucker erstellten Tattoo-Elektroden ist, dass selbst eine Perforation des Tattoos, beispielsweise durch Haarwuchs, die Leitfähigkeit der Elektrode und die Signalübertragung nicht beeinträchtigt. Dies ist insbesondere bei Langzeitanwendungen relevant, da Haarwachstum zu Ungenauigkeiten bei den Ergebnissen herkömmlicher Messmethoden führt. In den Tests der italienisch-österreichischen Forschungsgruppe wurden einwandfreie Übertragungen von bis zu drei Tagen erprobt. Dies, erklärt Greco, ermögliche die Messung elektrophysiologischer Signale von Patienten und Sportlern über einen längeren Zeitraum, ohne deren normale Aktivitäten einzuschränken oder zu beeinflussen. Mit dem Drucker könnten auch Elektroden unterschiedlicher Größe und Anordnung hergestellt und individuell an das jeweilige Körperteil, an dem die Messung durchgeführt werden soll, angepasst werden.

Greco beschreibt das ultimative Ziel der Forschung wie folgt: „Wir arbeiten an der Entwicklung drahtloser Tattoo-Elektroden mit integriertem Transistor, die es ermöglichen würden, Signale sowohl zu senden als auch zu empfangen. Mit dieser Methode könnten wir nicht nur Impulse messen, sondern sogar.“ stimulieren auch Körperregionen gezielt.“

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Francesco Greco vom Institut für Festkörperphysik der TU Graz arbeitet an diesem Forschungsthema gemeinsam mit dem Team von Paolo Cavallari, Professor für Humanphysiologie an der Università degli Studi in Mailand, und Professor Christian Cipriani, Leiter des Biorobotik-Instituts der Scuola Superiore Sant' Anna in Pisa und auch mit seiner ehemaligen Forschungsgruppe am Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) Pontedera.

Ultrakonforme temporäre Tattoo-Elektroden für die ElektrophysiologieL.M. Ferrari, S. Sudha, S. Tarantino, R. Esposti, F. Bolzoni, P. Cavallari, C. Cipriani, V. Mattoli, F. GrecoAdvanced Sciences, Band 5, Ausgabe 3, März 2018.DOI: 10.1002/advs.201700771https: . http://dx.doi.org/10.1002/advs.201700771/doi/abs/10.1002/advs

Dieser Forschungsbereich ist im Field of Expertise „Advanced Materials Science“ verankert, einem von fünf Forschungsschwerpunkten der TU Graz.

Francesco GRECODr.TU Graz | Institut für FestkörperphysikPetersgasse 16/I, 8010 Graz/ÖsterreichTel.: +43-316-873-8471E-Mail: [email protected]

Fortgeschrittene Wissenschaft

10.1002/advs.201700771

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