Sensorik Gedruckter flexibler Temperatursensor für Healthcare-Anwendungen

Forscher der Universität Tokyo haben einen flexiblen Sensor entwickelt, der schnell auf geringe Temperaturänderungen reagiert. Er eignet sich besonders für Gesundheitsanwendungen, z.B. zur Überwachung der Körpertemperatur von Neugeborenen.

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Flexible und tragbare Geräte mit integrierten Sensoren werden zunehmend für die Healthcare-Anwendungen entwickelt, um ein Feedback zur Gesundheit und zum Wohlbefinden des Patienten zu erhalten. Die Körpertemperatur ist dabei eine grundlegende Messung für die bereits eine Vielzahl an kostengünstigen und flexiblen Temperatursensoren entwickelt wurden. Bisher benötigen diese aber einen externen Schaltkreis, um das Signal zu verstärken und die Temperaturmessung erst zu ermöglichen.

In ihrer aktuellen Forschung hat die Gruppe von Professor Takao Someya und Dr. Tomoyuki Yokota der Graduate School of Engineering der Universität Japan einen neuen druckbaren, flexiblen und leichten Temperatursensor entwickelt, der eine sehr große Änderung des elektrischen Widerstandes aufweist – in einem Bereich von 5 Grad Celsius bis zu 100.000 Fach, was eine sehr genaue Temperaturmessung ohne zusätzliche komplizierte Schaltkreise ermöglicht.

Der Schlüssel für den Sensor ist die Fähigkeit, die Zieltemperatur der Sensoren genau zu steuern. Denn diese bestehen aus Graphit und einem teilkristallinen Acrylatpolymer welches aus zwei Monomeren besteht. Der Zieltemperaturbereich, bei dem der Sensor am genauesten arbeitet, kann einfach durch Variation der Anteile der beiden Monomeren ausgewählt werden.

Die Sensoren können für einen Zieltemperaturbereich von 25 bis 50°C eingesetzt werden. Sie besitzen Reaktionszeiten von weniger als 100 Millisekunden und eine Empfindlichkeit von 0,02°C. Die Sensoren arbeiten stabil unter physiologischen Bedingungen; Messungen konnten 1800 Mal wiederholt werden.

"Durch das Drucken eines Sensor-Arrays wird es möglich, die Oberflächentemperatur über eine große Fläche zu messen", sagt Professor Someya, "Für ein exaktes Monitoring in medizinischen Anwendungen kann das Sensor-Array direkt auf biologischem Gewebe, zum Beispiel Haut, aufgebracht werden. Die große Resonanz des Sensors auf Temperaturänderung ermöglicht es uns, die Schaltung zu vereinfachen."

Someya erklärt weiter: "So könnten wir unsere Sensoren auf Pflaster drucken, welche dann die Körpertemperatur überwachen. So ein Pflaster könnte beispielsweise direkt auf eine Wunde aufgebracht werden und durch die Detektion der lokalen Temperaturänderungen hervorgerufen durch Entzündungen vor Infektionen warnen.“

Andere mögliche Anwendungen sind beispielsweise tragbare elektronische Bekleidung, bei denen der Sensor unterhalb des Gewebe aufgebracht wird, um die Temperatur während einer (sportlichen) Aktivität zu messen.

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