Beiträge zur additiven Herstellung biokompatibler flexibler und dehnbarer Elektronik

Die Etablierung der Telemedizin stellt neue Herausforderungen an die Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik. Neue medizintechnische Anwendungen für die breite Gesellschaft erfordern biokompatible, flexible und dehnbare Elektronik, die zugleich kostengünstig und individuell hergestellt werden kann. Einen vielversprechenden Ansatz bietet die Verwendung additiver Herstellungsverfahren. Gegenstand dieser Arbeit ist die Materialauswahl für flexible und dehnbare Mikrosysteme vor dem Hintergrund der Anforderungen für zukünftige biomedizinische Anwendungen und unter Verwendung ausschließlich additiver Verfahren. Der grundlegende Aufbau gedruckter Elektronik, bestehend aus Leiterzügen verschiedener Nanopartikeltinten und polymeren Substraten, wird hinsichtlich biologischer und mechanischer Eigenschaften untersucht. Diese Charakterisierung beinhaltet die Evaluation der Zytotoxizität, Haftfestigkeit, Biegebelastung und Dehnungsbelastung der Materialkombinationen. Im Fokus steht der Inkjetdruck von Platintinte auf flexiblen Polyimid- und dehnbaren Polyurethansubstraten. Aufgrund der Inkompatibilität zwischen der erforderlichen Sintertemperatur der Platintinte und der Erweichungstemperatur des Polyurethans, wird ebenso das photonische Sintern als Alternative zum thermischen untersucht. Zwei Demonstratoren validieren das Potential der ausschließlichen Nutzung von additiven Prozessen zur Herstellung biomedizinischer Mikrosysteme. Der erste Demonstrator ist eine Hautelektrode, welche sich durch temporären Elektroden-Hautkontakt zur Hautleitwertmessung eignet. Der zweite Demonstrator beinhaltet eine miniaturisierte, gedruckte Interdigitalelektrode, die durch die Anwendung von Nanosekundenimpulsen in der Lage ist, Zellen zu manipulieren. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit zeigen das große Potential der Nutzung additiver Prozesse für die Herstellung von Medizinprodukten.