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John Rogers im Interview

»Gedruckte Elektronik kann Kosten in der Medzin senken«

17. Januar 2020, 08:41 Uhr   |  Messe München

»Gedruckte Elektronik kann Kosten in der Medzin senken«
© Rogers Research Group

Mit La Roche-Posay aus der L’Oreal Group entwickelten Rogers und sein Team einen millimeterkleinen UV-Sensor.

Praxiswissen| Gedruckte Elektronik revolutioniert die Medizin. Neuentwicklungen aus dem Bereich zeigt die Lopec vom 24. bis 26. März 2020 in München. Ein Gespräch John Rogers, Professor an der Northwestern University, über Monitoring-Systeme und andere flexible elektronische Geräte.

Hintergrund: John Rogers ist Plenarredner der Lopec 2020, die vom 24. bis 26. März 2020 in München stattfindet. In der Ausstellung und dem dazugehörigen Kongress werden sowohl Neuentwicklungen als auch aktuelle Herausforderungen im Bereich der gedruckten Elektronik gezeigt.

Mehr Informationen finden Sie unter www.lopec.com/de

Professor Rogers, Sie haben Chemie und Physik studiert, man könnte Sie auch als Materialwissenschaftler bezeichnen, vielleicht sogar als Elektroingenieur. Wie sind Sie zur gedruckten Elektronik gekommen?

Als Postdoktorand in Harvard habe ich in den 1990er Jahren chemische und materialorientierte Aspekte der Nanofabrikation erforscht. Das war vor allem für die Mikroelektronikindustrie relevant, aber auch für den aufstrebenden Bereich der gedruckten Elektronik. Anschließend war ich eine Zeit lang bei den Bell Laboratories. Dort haben wir Programme zur Anpassung dieser Methoden entwickelt, um eine direkte Strukturierung von organischen Halbleitermaterialien zu ermöglichen. Wir haben flexible, papierähnliche Displays konzipiert, kostengünstige Umweltsensoren und andere Arten von Technologien, die herkömmliche Silizium-basierte Systeme ergänzten und erweiterten, statt mit ihnen zu konkurrieren. Ein Teil der Schutzrechte unserer damaligen Entwicklungen wurde von Unternehmen lizenziert. Sie haben damit letztendlich die Kommerzialisierung der heute verfügbaren flexiblen Display-Technologien angetrieben.

Welche Vorteile bietet die gedruckte Elektronik noch außer der Flexibilität?

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, und die Rentabilität hängt davon ab, ob die Geräte samt ihrer Kosten die Gesundheitsausgaben insgesamt senken und Behandlungen verbessern.

Sie haben unter anderem ein Monitoring-Pflaster für Babys entwickelt. Was wird dabei überwacht?

Die 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. In Sachen Präzision, Genauigkeit und Zuverlässigkeit ist unsere Sensorplattform vergleichbar mit den hoch entwickelten Geräten, die üblicherweise auf neonatalen und pädiatrischen Intensivstationen im Einsatz sind. Wir denken dabei vor allem an Anwendungen für frühgeborene und lebensbedrohlich erkrankte Neugeborene, deren Gesundheitszustand sehr fragil ist und somit eine kontinuierliche Überwachung ohne die Belastung durch herkömmliche kabelgebundene Systeme erfordert.

Drucken Sie die Elektronikkomponenten für die Monitoring-Pflaster direkt auf Folien?

Bestimmte Komponenten drucken wir, andere stellen wir mit alternativen Techniken her – wir wählen jeweils das Verfahren, das unter Berücksichtigung von Kosten, Funktion, Größe, Formfaktor und Biokompatibilität am sinnvollsten ist. Mit diesem nicht dogmatischen, hybriden Ansatzes können wir Sensoren bauen, die einen Gesamtkostenvorteil für die Versorgung dieser Art von Patienten bieten, selbst unter extrem ressourcenbeschränkten Bedingungen.

Durch die Unterstützung der Gates Foundation und der Save the Children Foundation haben wir beispielsweise unsere Sensorplattform erfolgreich in Entwicklungsländern eingeführt. Ich war im Dezember in Kenia, Sambia und Tansania, um bei der Einführung zu helfen. Unsere Systeme werden dort in Krankenhäusern für Frühgeborene und werdende Mütter während der Geburt eingesetzt, um die Sterblichkeit in diesem Bereich zu reduzieren.

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. Hierfür bauen wir Anwendungen, die sich in Bioflüssigkeiten durch eine kontrollierte Hydrolyse in biokompatible Endprodukte umwandeln. Der Körper scheidet diese Endprodukte in normalen Prozessen aus, wodurch kein zweiter chirurgischer Eingriff zur Entfernung mehr nötig ist.

Die Implantate sollen einerseits verlässlich funktionieren, andererseits 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.

Werden Sie darüber auch auf dem Lopec Kongress sprechen?

Ein großer Teil meines Vortrags wird auf Monitoring-Systeme für Neugeborene eingehen und auf deren Anwendung in Afrika. Aller Wahrscheinlichkeit nach werde ich auch über erweiterte Feldversuche in Indien und Pakistan berichten, die dann ebenfalls laufen. In der zweiten Hälfte meines Vortrags möchte ich unsere jüngsten Arbeiten zu flexiblen körperintegrierten mikrofluidischen Systemen vorstellen. Wir haben zum Beispiel ein Pflaster für die Erfassung, Speicherung und Biomarker-Analyse von Mikrolitern von Schweiß entwickelt. Vielleicht gehe ich auch auf die biologisch abbaubare Elektronik ein.

Schlagworte: Fertigung, Gedruckte Elektronik, Medizintechnik, Lopec 2020

Prof. John A. Rogers ist der Louis Simpson und Kimberly Querrey Professor für Materialwissenschaft und -technik, biomedizinische Technik und Medizin an der Northwestern University
© John Rogers

Prof. John A. Rogers ist der Louis Simpson und Kimberly Querrey Professor für Materialwissenschaft und -technik, biomedizinische Technik und Medizin an der Northwestern University

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