Leitfähiges Polymer für flexible Biosensoren

Sensoren kommen unter anderem zum Einsatz, um Gesundheitsdaten zu messen. Sie werden dafür auf der Haut aufgebracht und sollten möglichst kaum als Fremdkörper zu spüren sein. Das verwendete Material spielt daher eine entscheidende Rolle. Die Anforderungen lauten biokompatibel, mechanisch dehnbar und eine hohe elektrisch Leitfähigkeit. Besonders die letzten beiden Punkte lassen sich eigentlich kaum miteinander vereinbaren.

Aber das Team um Dr. Ulrike Kraft vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz hat die Herausforderung angenommen und eine Lösung gefunden: Mithilfe eines Transferdruckverfahrens werden leitfähige Polymerfilme schnell, zuverlässig und unkompliziert auf dehnbare, biologisch abbaubare Substrate übertragen. Als leitfähiges Polymer wird das besonders vielversprechendes Material PEDOT:PSS verwendet, welches Transparenz, Flexibilität und Biokompatibilität vereint. „Die in den Substraten enthaltenen Weichmacher diffundieren in das leitfähige Polymer, wodurch sowohl die elektrische Leistung als auch die mechanischen Eigenschaften verbessert werden“, erläutert Carla Volkert, Doktorandin und Erstautorin der Studie. Der Ansatz ermögliche es darüber hinaus, grundlegende Erkenntnisse über das Verhalten dehnbarer elektronischer Materialien zu gewinnen.

Durch eine Kombination verschiedener Analysemethoden – darunter elektrische Charakterisierung, mikroskopische Bildgebung, Rasterkraftmikroskopie und Raman-Spektroskopie – konnten die Forscher neue Einblicke in die morphologischen und elektronischen Veränderungen von PEDOT:PSS unter Dehnung gewinnen. Besonders bemerkenswert sei die beobachtete Selbstanordnung der Polymerketten, die unter mechanischer Belastung eine gesteigerte elektrische Leitfähigkeit bewirke. „Unsere Methode verbessert gleichzeitig die Dehnbarkeit und elektrische Leitfähigkeit von PEDOT:PSS – ein wichtiger Schritt hin zu hautnah tragbaren Biosensoren.“ erklärt Ulrike Kraft, Leiterin der Forschungsgruppe Organische Bioelektronik.

Ihre Ergebnisse, die die Wissenschaftler kürzlich in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlichten, sind nicht nur ein wichtiger Beitrag zur Grundlagenforschung im Bereich weicher, leitfähiger Materialien. Sie machen auch die Entwicklung neuer Technologien möglich, beispielsweise flexible EKG-Elektroden oder dehnbare Biosensoren, die Stresshormone im menschlichen Schweiß messen. Als nächstes soll das Verfahren auf die Herstellung und Charakterisierung dehnbarer Biosensoren ausgeweitet werden.