Forscher des Fraunhofer IZM haben zusammen mit 31 Partnern aus Industrie und Forschung einen dehnbaren und drahtlosen Patch entwickelt, mit dem eine diagnostisch relevante Herzüberwachung im Alltag möglich ist. Dies wird die Anzahl der stationären Untersuchungen reduzieren, die für Hochrisikopatienten erforderlich sind. Es stärkt auch die Halbleiter-Wertschöpfungskette für den medizinischen Sektor in Europa durch die Entwicklung neuer Werkzeuge, Methoden und Prozesse für die Serienproduktion.
Das Tracking der täglichen Fitness mit Smartwatches ist heute für viele Menschen Teil des Alltags. Ein Blick auf Ihr Smartphone kann Ihnen Ihren Puls, Ihre Schrittzahl, Ihre Schlafqualität oder sogar Ihren Herzrhythmus zeigen. Diese Art von Informationen zur Herzgesundheit können jetzt durch viel komplexere Gesundheitsdaten ergänzt werden und bei medizinischen Diagnosen helfen. Der im Rahmen des von der Europäischen Union finanzierten ESCEL-Projekts APPLAUSE ("Advanced packaging for photonics, optics and electronics for low-cost manufacturing in Europe") erstellte Demonstrator ist so dünn wie ein gewöhnlicher Putz. Im Inneren verbirgt es Sensoren und winzige Elektronik für die langfristige Herzüberwachung. Einmal geklebt, kann der Plug&Play Patch für die kardiologische Überwachung von Patienten verwendet werden. Dies bedeutet, dass wichtige Daten wie Sauerstoffsättigung im Blut, Brustbewegung und Bioimpedanz gemessen und direkt an eine App zur Überwachung durch das klinische Personal übertragen werden können. Die Forscher des Fraunhofer IZM haben sich auf System- und Schaltungsentwicklung, Montage- und Verbindungstechnik sowie die Integration eines dicht gepackten Schaltungsträgers in den Patch konzentriert.
Verbesserter Komfort mit TPU
Thermoplastisches Polyurethan (TPU) wurde als Rückschicht für das Pflaster verwendet, das aufgrund seiner Flexibilität und Dehnbarkeit sehr angenehm am Körper zu tragen ist. Das Material kann auch kostengünstig mit gängigen PCB-Technologien wie der Montage von Komponenten mit Pick-and-Place-Maschinen verarbeitet werden. 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 war an der Gestaltung der Leiterplatten und der Herstellung der Substrate beteiligt. Um dies zu erreichen, wurden neben dem Projektpartner OSYPKA AG neue ultraflexible und starrflexible Montagevarianten entwickelt; die Leiterplatten wurden unter Verwendung der hautfreundlichen Substrate hergestellt.
Integrationstechnologien konsequent weiterentwickelt
Das Projekt zeigte auch die Machbarkeit einer robusten Kapselung von dünnen Schaltungsträgern, die mit Komponenten unterschiedlicher Höhe auf TPU ausgestattet sind. Der hohe Miniaturisierungsgrad und die enge Integration führten schließlich zu einem sehr unaufdringlichen Formfaktor, wobei die dehnbare Leiterplatte ein hochgradig konformes und biokompatibles Substrat lieferte. Das Drucken der Elektroden direkt auf die flexible Leiterplatte und die Integration der gesamten Elektronik in ein textiles Substrat waren wichtige Fortschritte bei der Entwicklung von medizinischen Patches zur Überwachung von Körperfunktionen. Christine Kallmayer, Projektleiterin am Fraunhofer IZM, zeigte sich zufrieden mit den Ergebnissen: „Vor einigen Jahren wäre ein solcher elektronischer Patch zur Überwachung des Herzens unvorstellbar gewesen. Erst durch die Weiterentwicklung der Integrationstechnologien ist es jetzt möglich, die Medizintechnik so weit zu minimieren, dass sie als biokompatibles und dehnbares Pflaster und nicht als starres Gerät verwendet werden kann.
Der APPLAUSE-Demonstrator und weitere Forschungshighlights der Gruppe "System on Flex" von Frau Kallmayer werden in Halle 8a / H29-2.
Das Projekt ist Teil des APPLAUSE-Projekts, das im Rahmen des gemeinsamen Unternehmens ECSEL durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union mit 34,5 Millionen Euro gefördert wird. Weitere Projektpartner waren Würth Elektronik Circuit Board Technology, das Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (IMEC), Precordior OY, die Fraunhofer-Institute ENAS und IMS sowie 26 weitere europäische Partner aus Industrie und Forschung, die hier aufgeführt sind: www.elektronikforschung.de/projekte/applause
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