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Leitfähige Folien ermöglichen neue Sensorsysteme

Mit leitfähigen und flexiblen Folien beschäftigt sich das Team von Thomas Grießer vom Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe der Montanuniversität Leoben. Sensorsysteme und die Folien könnten in der Medizintechnik zum Beispiel bei Prothesen oder eingearbeitet in die Funktionskleidung im Sport eingesetzt werden.

Wir arbeiten an elektrisch leitenden Tinten, mit denen Folien bedruckt werden können“, schildert Thomas Grießer die Forschungsrichtung. Diese Tinten können ganz einfach im Siebdruckverfahren oder mit Inkjet-Geräten aufgebracht werden. „Es handelt sich um Elastomere, in die Metallppartikel eingebettet sind, meistens Silber, weil das besonders gut leitet“, erklärt der Wissenschafter. Allerdings verwende man zuerst kein metallisches, also elementares Silber, sondern Silbersalze und ein Reduktionsmittel. „Dann werden die Folien einer Wärmebehandlung bei rund 100 Grad Celsius unterzogen, die Salze werden dadurch zu metallischem Silber reduziert.“ Diese Lösung sei um einiges billiger, als gleich metallische Silberpartikel einzusetzen. „Dadurch wird die Methode ökonomisch günstiger.“

Auf dem Weg zu dieser Art von Tinte gab es einige Schwierigkeiten auszuräumen. Grießer: „Die Reduktionsmittel, die anfangs verwendet wurden, waren allesamt relativ toxisch. Uns ist es gelungen, nicht giftige Substanzen zu finden, die denselben Zweck erfüllen.“ Angestoßen wurde das Projekt durch eine Zusammenarbeit der Montanuni mit Joanneum Research Weiz, Human Research Weiz und dem Leiterplattenhersteller AT&S. Unterstützt wurde dieses Konsortium durch die Forschungsförderungsgesellschaft FFG. „Die Idee war, einen Sensor zu entwickeln, der die Atemtätigkeit misst“, erzählt Grießer. Mittels eines Pflasters, das auf den Brustkorb des Probanden geklebt wird, ähnlich wie die Elektroden bei der Messung der Herztätigkeit, kann die Atemfrequenz erfasst werden. Möglich ist das, weil die Leitfähigkeit unserer Tinten abnimmt, sobald die Folie gedehnt wird. Dadurch kann man feststellen, wie tief und wie oft geatmet wird.“

Was zuerst nach einer Anwendungsmöglichkeit auf Intensivstationen klingt, geht im Potenzial weit darüber hinaus. So könnte mit dem Sensorpflaster auch die Atemtätigkeit von Babys überwacht und so Fälle des plötzlichen Kindstodes durch Atemversagen verhindert werden. „Das Pflaster hat eine Funklösung zur Datenübertragung, es wäre deshalb ganz leicht auch bei Kleinstkindern einsetzbar.“

Auch in der Prothesentechnik wären die leitenden Folien von der Montanuniversität ein Fortschritt. Nicht so sehr als Sensorsystem, sondern als elektrische Verbindung. „Kabel sind nicht dehnbar und werden sie oft geknickt, so nehmen sie auf Dauer Schaden, der bis zur Funktionsunfähigkeit führen kann.“ Deshalb seien die leitenden Folien in der Prothesentechnik überall dort eine Verbesserung, wo es verformbare elektrische Verbindungen geben müsse.

Denkbar ist natürlich auch die Verwendung im Sport, wo die Sensortechnik in eng sitzende Funktionskleidung integriert werden könnte. „Die Sensoren sind relativ preisgünstig und daher auch für den Breitensport geeignet“, versichert Grießer. Das verwendete Silber sei zwar teuer, „aber wir brauchen nur sehr wenig davon“. Auch die Herstellung der leitenden Folien verursache keine besonders hohen Kosten, durch das Siebdruckverfahren sei der Produktionsprozess relativ einfach. Es gebe bereits Dehnungsmesser am Markt, räumt der Leobener Wissenschafter ein, aber die seien relativ teuer. Verwendungszwecke sind auch außerhalb des Health- und Sportsektors vorhanden. Grießers Team beteiligt sich gemeinsam mit dem Leobener Lehrstuhl für Bergbaukunde an einem Projekt, das sogenannte Gebirgsanker mit Dehnungssensoren ausstattet. Gebirgsanker sind Systeme, mit denen im Berg- und Tunnelbau das Gestein stabilisiert wird. Dehnen sich die Anker durch Belastung, kann so die Bewegung des Gebirges – wie das umgebende Gestein in der Fachsprache genannt wird – überwacht werden. Die Sensoren mit der leitfähigen Tinte können dafür ganz einfach an die Gebirgsanker aufgeklebt werden.

Derzeit sucht man an der Montanuni noch nach Partnern aus der Wirtschaft, die das Prinzip praktisch umsetzen. „Wir haben unsere Technologie erst vor einem halben Jahr publiziert“, sagt Grießer, deshalb sei man erst in Vorgesprächen. Lose Anfragen aus dem medizinischen Bereich gebe es bereits. Die kommen aus der Geriatrie.

An der Montanuniversität haben drei Forscher an der Entwicklung der Tinte gearbeitet, sagt Grießer. Insgesamt seien rund zehn Experten an der Entwicklung beteiligt gewesen. Begonnen habe man schon im Jahr 2026, im Vorjahr wurden die Ergebnisse der Forschungsarbeit veröffentlicht.

Unternehmen sein für die Weiterentwicklung der Technik unbedingt notwendig, versichert der Wissenschafter. „Wir können als Universität da nur bis zu einem gewissen Stand kommen. Jetzt stehen wir an der Grenze vom Labormaßstab zur industriellen Anwendung, das muss entsprechend skaliert werden. Natürlich dauert das eine gewisse Zeit – wir werden sicher nicht morgen drauflosproduzieren können.“

Partner seien auch deshalb notwendig, weil man die genauen Anforderungen an die Sensorfolien definieren müsse. Und schließlich gelte es Fragen der Haltbarkeit zu klären. „Wir müssen wissen, wie sich die Umweltbedingungen auf unsere Technik auswirken.“ Obwohl noch einige Dinge zu klären sind, gehen wir davon aus, dass die Entwicklung ein großes Potenzial hat“, ist Grießer überzeugt.

Mehr Informationen:
www.unileoben.ac.at

Foto: THOMAS GRIESSER ist am Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe der Montanuniversität Leoben tätig

Fotocredit: Montanuni Leoben

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