Forscher entwickeln EEG- und EKG-Elektroden aus Zellulose

Ein Team der TU Berlin und der University of Korea hat Sensoren entwickelt, die rundherum besser sein sollen als herkömmliche Sensoren aus Metall.

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Die Forschenden aus Berlin und Südkorea haben sich von der Struktur pflanzlicher Blätter inspirieren lassen.

(Bild: TU Berlin / University of Korea / Science Advances)

Von
  • Andreas Wilkens

Momentan werden elektrische Hirn-, Herz- und Muskelströme via EEG, EKG und EMG noch mit Sensoren aus Metall gemessen, die mithilfe eines Gels auf der Haut befestigt werden. Nun haben Wissenschaftler:innen der University of Korea und der TU Berlin Sensoren entwickelt, die aus Zellulose bestehen. Die "Paper Leaf inspired homeostatic cellulose biosensors" oder kurz Biosensoren sollen besser leiten als herkömmliche Elektroden und dauerhafter sein, sie seien 100 Prozent natürlich, wiederverwendbar und verursachten keine Hautreizungen.

Da Zellulose selbst nicht leitet, schien sie bisher als Elektrodenmaterial ungeeignet. Werden Zellulosefasern in salzhaltiges Wasser gelegt, quellen sie auf und zeigen sehr gute elektrische Leitungseigenschaften. Die von den Wissenschaftler:innen entwickelten Sensoren bestehen aus Zellulosefasern, die mit Salzwasser getränkt werden können, darüber liegt eine Trägermembran, an die eine metallische Elektrode mit Kabel andockt. Sie zeigten kontinuierlich hochwertige elektrophysiologische Signale, eine niedrige Impedanz und eine geringe Varianz des Widerstandes während Langzeit-Messungen.

Und wie haften die "Biosensoren" auf der Haut? Die Lösung lautet Homöostase. Blätter regulieren den osmotischen Druck in ihren Zellen, also wie viel Wasser diese speichern. Dieser innere Zelldruck ist abhängig von dem Wassergehalt der Nachbarzellen, aber auch der Umgebung und wird ständig nachjustiert, erläutert das Forschungsteam im Fachjournal Science Advances.

"Wenn wir mit nackten Füßen durch einen feuchten Garten gehen, bleiben unter den Fußsohlen Blätter haften, die nicht abfallen, auch wenn wir uns bewegen", erläutert Prof. Dr. Klaus-Robert Müller, Leiter des Fachgebiets Maschinelles Lernen an der TU Berlin. So sollen die "Biosensoren" auch an schwitzenden oder sich bewegenden Proband:innen haften geblieben sein.

(anw)