29/07/2020
Door Ad Spijkers
Een internationaal consortium ontwikkelt een nieuwe generatie sensorische pleisters voor bewaking van het cardiovasculaire systeem van topsporters.
Steeds meer mensen willen weten wat de individuele sporteenheden in hun lichaam doen. In het internationale wetenschapsproject XPatch komen experts in biosensoren samen om in de toekomst met micro-elektronica uitgeruste pleisters aan te kunnen bieden. Ze zijn bedoeld voor de fitness- en medische technologiemarkt, die deze gegevens kunnen analyseren en direct op digitale apparaten weergeven.
Pleisters met elektronica
De kleine gezondheidsmonitor bevat antennes en geïntegreerde schakelingen voor draadloze radiocommunicatie met een Bluetooth-compatibel eindapparaat. Ook zijn een flexibele microbatterij voor zelfvoorzienende energievoorziening, analoge elektronica, een sensorchip en het energiebeheer aanwezig. Micro-elektronica-experts van het Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Berlijn hebben de assemblage- en integratietechnologie ontwikkeld om dunne biosensoren en elektronische componenten als flexibele patches te implementeren. Het totale systeem moet aanzienlijk dunner worden dan 1 mm.
Aangezien XPatch een biocompatibele en flexibele module is voor toepassing op de huid, worden zachte, rekbare en huidachtige materialen zoals polyurethaan en siliconen gebruikt. Door de elektronica in huidachtige materialen in te bedden, worden alle componenten beschermd tegen de achterkant van de pleister en hebben ze geen direct contact met de huid. De dunne biochemische sensorchips worden aangebracht op het gevoelige pleisteroppervlak waar contact met de huid gegarandeerd is.
De zweetanalyse wordt mogelijk gemaakt door een opening in het substraat: lichaamszweet wordt geabsorbeerd door een klein stukje fleece op de vrije plek van de pleister achter de chip. De sensoren in de chip zijn bedoeld om de gemeten informatie in realtime door te geven aan een terminal en zo de fysieke fitheid te kunnen verbeteren. Zo kan het zweet van sporters worden geanalyseerd en kunnen de gemeten waarden direct op mobiele apparaten voor gebruikers zichtbaar worden gemaakt.
Uitvoering en gebruik
Om de geregistreerde biochemische waarden via draadloze transmissie naar een smartphone te sturen, werd ook een energiebesparende radio-interface op basis van de Bluetooth Low Energy-transmissiestandaard geïntegreerd in de flexibele patch. De antenne die nodig is voor het verzenden en ontvangen moet zo compact mogelijk worden ontworpen en tegelijkertijd voldoen aan de toepassingsvereisten met betrekking tot het materiaal, de vormverandering en de elektrische eigenschappen.
De ultragevoelige patch is succesvol gevalideerd. Er zijn volledig functionele prototypes gebouwd, die vanaf eind augustus kunnen worden getest door sportliefhebbers. Het projectconsortium bestaat uit Xsensio (Zwitserland) dat zich bezig houdt met lab-on-chip-technologie voor zweetanalyse, R-DAS (Slowakije) dat verantwoordelijk is voor het ASIC-ontwerp en het analoge circuitontwerp, de VU Amsterdam (fysiologische tests en data-analyse) en OLT (Duitsland), eveneens data-analyse. De introductie van nieuwe producten, die het resultaat zijn van de integratie van de resultaten van dit project, zal de komende 5 jaar worden nagestreefd.
Foto: Fraunhofer IZM / Volker Mai