Miniaturisierung Elektronisches Pflaster überwacht das Herz

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Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

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Eine Langzeitüberwachung des Herzens per Pflaster? Dies soll durch den Applause-Demonstrator möglich sein. Forscher des Fraunhofer IZM haben gemeinsam mit Partnern ein dehnbares und kabelloses Pflaster entwickelt, mit dem die kardiologische Überwachung im Alltag gelingt.

Gemeinsam mit 31 Partnern aus Industrie und Forschung haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM ein Pflaster mit Sensoren, Elektronik und Batterie entwickelt. Einmal aufgeklebt, ermöglicht das Plug&Play-Patch die Herzüberwachung von Patienten. Konkret können Vitaldaten wie die Sauerstoffsättigung im Blut, die Brustbewegung sowie die Bioimpendanz gemessen und zur Kontrolle durch klinisches Personal direkt an eine App übertragen werden. Im Fokus der Forschung am Fraunhofer IZM stand die System- und Schaltungsentwicklung, die Aufbau- und Verbindungstechnik sowie die Integration eines dichtgepackten Schaltungsträgers in das Pflaster.

Hoher Tragekomfort dank TPU

Die Trägerfolie des Pflasters besteht aus thermoplastischem Polyurethan (TPU), das aufgrund seiner Flexibilität und Dehnbarkeit einen hohen Tragekomfort am Körper ermöglicht. Das Material lässt sich kostengünstig mittels gängiger Leiterplattentechnologien, wie der Montage von Komponenten mit Pick-and-Place-Maschinen verarbeiten. 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 begleitete das Design der Leiterplatten und realisierte die Fertigung der Substrate. Dazu wurden neuartige ultra- und starrflexible Aufbauvarianten mit dem Projektpartner Osypka AG konzipiert und die Leiterplatten auf Basis der hautfreundlichen Substrate hergestellt.

Weiterentwickelte Integrationstechnologie macht Miniaturisierung möglich

Der Demonstrator entstand im Rahmen des Escel-Projekts Applause („Advanced packaging for photonics, optics and electronics for low cost manufacturing in Europe”), welches von der Europäischen Union gefördert wird. Im Projekt konnte außerdem gezeigt 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 führte letztendlich zu einem 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 Elektronik in ein textiles Substrat haben die Entwicklung der medizinischen Patches zur Überwachung der Körperfunktionen entscheidend vorangebracht.

Auch Christine Kallmayer, Projektverantwortliche am Fraunhofer IZM, zeigt sich mit den Ergebnissen sichtlich zufrieden: „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.“

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Schwesterportal DeviceMed.

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