Angesichts dieser klaren Vorteile schätzt IDTechEx, dass der Markt für Hautpflaster für medizinische Anwendungen bis 2030 ein Volumen von rund 4 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Gedruckte/flexible Elektronik eignet sich aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Flexibilität/Anpassungsfähigkeit und des Potenzials für eine leistungsstarke und kostengünstige Herstellung dieser Einwegartikel hervorragend für tragbare Hautpflaster.
Die Notwendigkeit der kontinuierlichen Überwachung:
Ein wichtiger Trend im Gesundheitswesen ist die Umstellung auf die kontinuierliche Überwachung, die zahlreiche Vorteile bietet. Erstens können Patienten, anstatt für eine Untersuchung eine Arztpraxis oder ein Krankenhaus aufzusuchen, zu Hause bleiben. Die aktuelle COVID-19-Situation hat diesen Vorteil verdeutlicht, da die Temperatur der Patienten aus der Ferne gemessen werden kann, ohne dass ein Kontakt mit medizinischem Fachpersonal erforderlich ist. Dadurch wird das Risiko einer Ansteckung oder Übertragung des Virus vermieden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die kontinuierliche Überwachung die Erfassung von Daten mit einer deutlich höheren zeitlichen Auflösung ermöglicht als bei persönlichen Untersuchungen, da ein Hautpflaster permanent getragen werden kann. Diese zusätzlichen Daten sollten zusammen mit der Analyse mittels maschinellen Lernens eine verbesserte Diagnose und Prävention ermöglichen.
Überwachung elektrischer Signale
Die Überwachung elektrischer Signale ist ein wichtiger Anwendungsfall für tragbare Hautpflaster. Dazu gehören Elektrokardiogramme (EKGs) zur Untersuchung des Herzens, Elektromyographie (EMG) zur Aufzeichnung der elektrischen Signale der Muskeln und sogar die Erfassung der Hirnaktivität bei Epilepsiepatienten.
Sie werden typischerweise mithilfe von im Siebdruckverfahren aufgebrachten, dehnbaren leitfähigen Tinten und Elektroden hergestellt, wobei letztere aus einer Mischung aus Silber und Silberchlorid bestehen. Die Leiterbahnen werden üblicherweise wellenförmig gedruckt, um die Dehnbarkeit zu erhöhen, während die meisten elektronischen Bauteile derzeit in einem starren Gehäuse untergebracht sind. Elektroden und Leiterbahnen werden auch in E-Textilien integriert, entweder auf einem dehnbaren Substrat, das anschließend aufgeklebt wird, oder direkt auf den Stoff gedruckt.
Druck- und Spannungsmessung:
Neben der Überwachung elektrischer Signale lassen sich Druck und Spannung mithilfe gedruckter/flexibler Sensoren messen. Beispielsweise kann ein geformter piezoresistiver Dünnschichtsensor den von Verbänden ausgeübten Druck kontinuierlich messen und das medizinische Personal alarmieren, falls der Verband angepasst werden muss. Die Einhaltung des richtigen Drucks ist entscheidend: Ist der Verband zu locker, ist er wirkungslos; ist er zu fest, wird die Blutzufuhr zum betroffenen Bereich unnötig eingeschränkt.
Eine weitere Anwendung, die derzeit getestet wird, ist die Überwachung von Gelenkbewegungen mithilfe gedruckter kapazitiver Dehnungssensoren, die beispielsweise in Knie- und Ellbogenbandagen integriert sind. Dies ist hilfreich für Patienten in der Physiotherapie, da Ausmaß und Umfang der Bewegung kontinuierlich erfasst werden können.
Die Wundüberwachung,
die sich derzeit noch in der Entwicklungsphase befindet, ist eine weitere vielversprechende medizinische Anwendung gedruckter/flexibler Elektronik. Bislang besteht die einzige Möglichkeit zur Wundüberwachung darin, den Verband zu entfernen. Durch die Integration von Sensoren und Elektronik kann der Heilungsprozess in Echtzeit überwacht werden, ohne den Verband entfernen zu müssen.
Diese Detektion kann die Messung von Temperatur und pH-Wert umfassen, idealerweise mit räumlicher Auflösung zur Überwachung des Aushärtungsprozesses. Ein Multiparameter-Detektionssystem wird entwickelt, das mehrere funktionelle Materialien auf derselben Oberfläche verwendet, um verschiedene Variablen gleichzeitig zu messen. Dies ist ideal für diese Anwendung.
Flexible Hybridelektronik:
Derzeit ist der Großteil der Signalverarbeitungs- und Kommunikationselektronik, die in tragbaren Hautpflastern und E-Textilien verwendet wird, in einem starren Kunststoffgehäuse untergebracht. Dies bietet zwar Schutz und ist für die Einbettung einer herkömmlichen starren Leiterplatte notwendig, erhöht aber das Volumen und beeinträchtigt den Tragekomfort des Pflasters oder Kleidungsstücks.
Daher werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um möglichst viele elektronische Bauteile auf dem dehnbaren Substrat zu platzieren, anstatt eine starre Leiterplatte zu verwenden. Dieser Ansatz wird als flexible Hybridelektronik (FHE) bezeichnet – eine aufstrebende Fertigungsmethode, die die Vorteile konventioneller und gedruckter/flexibler Elektronik vereint. Sie kombiniert gedruckte Verbindungen und flexible/dehnbare Substrate mit montierten Komponenten und eignet sich ideal für tragbare Elektronik.
Obwohl die flexible Hybridtechnologie (FHE) noch in einem relativ frühen Stadium ist, handelt es sich um eine vielversprechende Technologie, die es Geräten ermöglichen wird, die durch starre Leiterplatten bedingten Formfaktorbeschränkungen zu überwinden. Tatsächlich prognostiziert IDTechEx, dass der FHE-Markt über alle Anwendungen hinweg bis 2030 ein Volumen von rund 3,2 Milliarden US-Dollar erreichen wird.
Umfangreiche Möglichkeiten für gedruckte/flexible Sensoren in der Wearable-Technologie.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Übergang zur kontinuierlichen Gesundheitsüberwachung und das Interesse an E-Textilien für Fitness-Tracking erhebliche Chancen für gedruckte/flexible Elektronik bieten. Dies umfasst sowohl gedruckte Sensoren zur Erfassung biologischer Parameter als auch flexible Hybridelektronik zur Signalverarbeitung und drahtlosen Kommunikation.
