Biegeradius bis 50 Mikrometer 09.01.2014, 06:59 Uhr

Besonders dünne und flexible Elektronikmembrane für smarte Kontaktlinsen

Forscher der ETH Zürich sind in der Entwicklung flexibler Elektronikkomponenten einen entscheidenden Schritt weitergekommen: Ihnen ist der Bau besonders dünner und biegsamer Elektronikbauteile gelungen, die sich beispielsweise in der Augenmedizin einsetzen lassen. 

Detail der neuen Elektronikmembran, die  Niko Münzenrieder und Giovanni Salvatore von der ETH Zürich entwickelt haben.

Detail der neuen Elektronikmembran, die  Niko Münzenrieder und Giovanni Salvatore von der ETH Zürich entwickelt haben.

Foto: Münzenrieder / ETH Zürich

Dünner und biegsamer als jede bisher entwickelte Technologie sind die neu entwickelten Elektronikbauteile, die Niko Münzenrieder und Giovanni Salvatore von der ETH Zürich entwickelt haben. Die hauchdünne Elektronikmembran kann sich um ein Haar legen oder auf Oberflächen liegen und sich ihnen ideal anpassen.

Schon länger forschen Wissenschaftler an flexiblen Elektronikkomponenten, um sie in Textilien einzuarbeiten oder auf der Haut aufzubringen. Verschiedene Körperfunktionen könnten auf diese Weise mit unauffälligen Sensoren beobachtet werden.

Sensoren können den Augeninnendruck messen

Einsatzmöglichkeiten dieser biegsamen Elektronik sind die sogenannten „smarten“ Kontaktlinsen, die zur Messung des Augeninnendrucks verwendet werden können. Die Kontrolle des Augeninnendrucks ist wichtig, da er ein wichtiger Risikofaktor für das Entstehen eines Glaukoms ist, dem Grünen Star.

Erste Tests haben bereits die Funktionalität der Membran gezeigt. Die Forscher legten dafür ihre Dünnfilmtransistoren mit Dehnungsmessstreifen kombiniert auf handelsübliche Kontaktlinsen auf. Diese wurde auf ein künstliches Auge gesetzt. Anschließend prüften die Züricher Forscher, inwieweit die Membran und die Elektronik dem Biegeradius im Auge standhalten.

Die hauchdünne Elektronikmembran haftet auf verschiedenen Oberflächen, sogar auf einem Blatt.

Die hauchdünne Elektronikmembran haftet auf verschiedenen Oberflächen, sogar auf einem Blatt.

Foto: Peter Rüegg / ETH Zürich

Münzenrieder und Salvatore benötigten ein Jahr, um das Verfahren für die Herstellung der Dünnfilmbauelemente zu entwickeln. Für die Herstellung der Membran verwenden sie den Kunststoff Parylen und dampfen ihn schichtweise auf eine 2-Zoll-Siliziumscheibe auf. Der Film dieses Kunststoffs ist höchstens ein Tausendstel Millimeter dick. Dies ist 50 Mal dünner als ein Haar.

Der nächste Arbeitsschritt bestand darin, mit standardisierten Methoden Transistoren und Sensoren aus Halbleitermaterialien wie Indium-Gallium-Zink-Oxid respektive Leitermaterial wie Gold aufzubringen. Anschließend wurde der Parylenfilm mit den darauf enthaltenen Elektronikkomponenten von der Siliziumscheibe abgenommen.

Biegeradius von 50 Mikrometern

Durch dieses Verfahren ist die Elektronikmembran äußerst biegsam und anpassungsfähig. Sie kann je nach Wahl der Materialien für die Transistoren sogar durchsichtig sein. Die Membran hat einen Biegeradius von 50 Mikrometern. In einem Test wurde die Elektronikmembran auf menschliche Haare gelegt. Sie passte sich um das Haar herum an. Auf der Folie waren Transistoren aufgebracht, die weniger flexibel als das Trägermaterial waren, da sie aus keramischen Materialien gefertigt waren. Trotz der starken Biegung funktionierte die Membran ohne Einschränkungen.

Bevor diese Technik zur Messung des Augeninnendrucks verwendet werden kann, müssen jedoch noch Optimierungen vorgenommen werden. Die Effekte der wässrigen Augenumgebung müssen beispielsweise berücksichtigt werden. Außerdem muss eine Energieversorgung für die Sensoren und Transistoren gewährleistet sein. „Im Labor unter dem Mikroskop lässt sich die Folie leicht an die Energieversorgung anschließen, für eine auf dem Auge sitzende Einheit muss aber eine andere Lösung gefunden werden“, beschreibt Münzenrieder den weiteren Forschungsbedarf.

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