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John Rogers ist Professor an der Northwestern University im US-Bundesstaat Illinois. (Bildquelle: Lopec)

Professor Rogers, Sie haben Chemie und Physik studiert. Mittlerweile konzentrieren Sie sich auf medizinische Anwendungen.

Wir konzipierten hoch entwickelte flexible biomedizinische Anwendungen, die sich kaum spürbar auf der Hautoberfläche anbringen lassen. Diese hautähnliche oder „epidermale“ Elektronik erstellt Datenströme in klinischer Qualität über den Gesundheitszustand, und zwar kontinuierlich außerhalb von Krankenhaus und Labor. Dabei ist die mechanische Flexibilität der Elektronik entscheidend, denn die Geräte müssen sich perfekt an die Formen des menschlichen Körpers anpassen und natürliche Bewegungen ohne Einschränkungen mitmachen.

Welche Vorteile bietet die gedruckte Elektronik noch außer der Flexibilität?

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Gedruckte Elektonik lässt sich flexibel auf die Haut aufgebracht und stören weniger als kabelgebundene Lösungen. (Bildquelle: Lopec)

Einige Leute sehen in Drucktechniken vor allem eine kostengünstige Alternative zu den gängigen Herstellungsmethoden. Auch wenn die Kosten stets ein wichtiger Aspekt sind, liegt unser Fokus eher auf einer verbesserten oder einzigartigen Funktionalität bei vernünftigen Kosten – die Kosten selbst sind jedoch nicht die primäre Motivation. Bei Medizinprodukten steht die Funktion im Vordergrund.

Sie haben unter anderem ein Monitoring-Pflaster für Babys entwickelt.

Ja, diese kabellosen, flexiblen Sensorplattformen werden sanft und direkt auf die Haut aufgebracht. Über die Haut als Messschnittstelle überwachen wir alle Vitalparameter – Herzschlag, Atemfrequenz, Körpertemperatur, den Sauerstoffgehalt im Blut und den Blutdruck.

Sie entwerfen auch Elektronik aus wasserlöslichen, biologisch abbaubaren Materialien. Welchen Zweck verfolgen Sie damit?

Das Konzept basiert auf Elektronikkomponenten und Systemen, deren Funktion nur für einen begrenzten Zeitraum benötigt wird. Die Plattformen sind so konstruiert, dass die Materialien nach diesem Zeitraum automatisch und vollständig – rückstandslos – verschwinden. Im Kontext der Biomedizin denken wir zum Beispiel an temporäre Implantate für den Einsatz im Körperinnern, die einen natürlichen, zeitabhängigen biologischen Prozess unterstützen – die heilendes Gewebe elektrisch stimulieren oder pharmazeutische Wirkstoffe freisetzen. Wichtig sind auch Überwachungsfunktionen: Sensoren können so konfiguriert werden, dass sie frühzeitig warnen, wenn sich an der Stelle eines operativen Eingriffs eine Infektion entwickelt.

Die Implantate sollen verlässlich funktionieren, aber von selbst verschwinden. Wie gelingt der Spagat zwischen Zuverlässigkeit und Abbaubarkeit?

Der Schlüssel dazu liegt zum einen in der Entwicklung geeigneter bioresorbierbarer elektronischer Materialien und zum anderen in der Gestaltung passender Gerätearchitekturen und Systemlayouts. Optimal ist es, wenn die Lebensdauer der Elektronik durch eine Materialkomponente gesteuert wird, die keine elektronische Funktion besitzt. Bei einigen Beispielen nutzen wir für diesen Zweck die Verkapselungsschicht: Erst wenn sich das Material der Verkapselung nach einer bestimmten Zeit, nach der definierten Lebensdauer, auflöst, beginnt die Zersetzung des elektrisch aktiven Materials.

Die Lopec findet vom 24. bis 26. März 2020 in München statt. (jhn)