Textile Langzeitelektroden für medizinische Anwendungen

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1 Bitte beachten Sie den Schutz zvermerk nach DIN ISO Textile Langzeitelektroden für medizinische Anwendungen K. Gnewuch, A. Neudeck, A. Krahmer und U. Möhring Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e.v. Smart Tex Workshops, Weimar Neue Materialien für smarte Textilien Neue Funktionalitäten für Technik- und Therapieanwendungen 1

2 Gliederung Bitte beachten Sie den Schutz zvermerk nach DIN ISO Grundlagen - Metallisierte Fadenmaterialien Motivation und Projektziel Vorgehensweise/Ergebnisse Zusammenfassung und Ausblick

3 Smart Textiles und neue Materialien Bitte beachten Sie den Schutz zvermerk nach DIN ISO Smart Textiles: Multifunktionstextilien reagieren auf äußere Einflüsse. Mikrosystemtechnologie Elektronik & Mechanik Systeme Mikro-Nano-Kopplung Interaktive und sensitive Garne Elektrochemie & Textiltechnologie

4 Elektrochemische Textilveredlung Bitte beachten Sie den Schutz zvermerk nach DIN ISO Elektrochemie/Galvanik - Vormetallisierung - Klassische Galvanik - Elektrochemische Oberflächenmodifizierung Silver Polyamide Textilveredlung - Vakuumentwässerung - Kontrollierte Warenführung - Wasch- und Trockentechnologien ELITEX Garn hohe Leitfähigkeit textil verarbeitbar knickbruchbeständig antibakteriell lötbar

5 Metallisierte Fadenmaterialien Herstellung und Applikationen Bitte beachten Sie den Schutz zvermerk nach DIN ISO Interaktive und sensitive Fäden für smarte Textilien Die Elektrochemie in der Textilveredlung - hohe Leitfähigkeit sicheres Heizen, textile Elektronik Elektrolumineszenz - elektrochemische Vorbehandlung textile Sensorarrays - galvanisch Al OLEDs - nanoporöses ZnO photosensitive Garne, textile Solarzellen Interaktive Wirkstoffionenabgabe Interaktive Polymerfilme auf ELITEX - verbesserten Hautkontakt, Korrosionsschutz

6 Motivation - Projektziel Anbindung dünner ionisch leitender Filme an die metallische Oberfläche zur Verringerung der Kontaktimpedanz und somit zur Verbesserung des Hautkontaktes permanente Filme durch chemisch kovalente Anbindung an die metallisierte Substratoberfläche CVD-Abscheidung und chemisch und/oder elektrochemisch erzeugte AgO-Nanofilme Ziel: Entwicklung von neuartigen langzeitstabilen und waschbeständigen Trockenelektroden für den therapeutischen und diagnostischen Bereich 6

7 Anbindungsmöglichkeiten Schematische Anbindung eines Polyelektrolyten an die metallisierte Fadenoberfläche ca. 200 nm 7

8 Ausgangssituation Schematische Darstellung der Kontaktimpedanz der textilen Elektrode zur Haut ohne Koppelelektrolytfilm hoch! vernachlässigbar! 8

9 Ziel Schematische Darstellung der Kontaktimpedanz der textilen Elektrode zur Haut mit Koppelelektrolytfilm gering! vernachlässigbar! 9

10 Auswahl und Charakterisierung der Materialien Applizieren der ausgewählten Materialien zur Reduzierung der Kontaktimpedanz auf die textilen Testelektroden mittels Foulardauftrag und Fadenbeschichtung ICPs Polyelektrolyt Ionische Flüssigkeiten Bestimmung und Verifizierung der Impedanz am entwickelten elektrischen Hautmodell 10

11 Auswahl und Charakterisierung der Materialien Impedanzverhalten mittels Leitwertbestimmung 11

12 Auswahl und Charakterisierung der Materialien Leitwertbestimmung der entwickelten textilen Elektroden Polyelektrolyt ICP 12

13 Erzeugung von Haftvermittlerschichten - Chemische Oxidation chemisch und elektrochemisch erzeugte AgO-Nanofilme NaOH unbehandeltes ELITEX elektrochemisch behandeltes ELITEX 13

14 Erzeugung von Nano- und Haftvermittlerschichten Aufgrund der geringeren thermischen Belastbarkeit des ELITEX - bzw. Shieldex - Fadenmaterials Erzeugung der SiO x -Nanostartschicht nicht mittels C- sondern AP-CVD Verfahren anschließend nasschemische Veredlung: Haftvermittler 1: Methacrylatfunktionalisiertes Silan Haftvermittler 2: Epoxy- funktionalisiertes Silan Quelle: INNOVENT e.v. Technologieentwicklung 14

15 Ergebnisse Applizieren des Polyelektrolyten mittels Fadenbeschichtung Charakterisierung am elektrischen Hautmodell Untersuchung der Waschbeständigkeit der Testelektroden 15

16 Zusammenfassung Polyelektrolyte weisen bei den Screenings optimale Voraussetzungen zur Senkung der Kontaktimpedanz auf. Es liegt eine Beschichtungstechnologien zur Ausbildung von Nanostart- und Haftvermittlerschichten vor, welche eine permanente Anbindung von Polyelektrolyten an metallisierten Fäden realisieren. Zur besseren chemischen Anbindung der ausgewählten Substrate sowie zur Vorbehandlung für die CVD Behandlung erfolgt eine gezielte chemische und elektrochemische Oxidation des leitfähigen Grundmaterials. Bei den mit CVD behandelten Substraten zeigen aufgebrachte Haftvermittlerschichten mit Methacryl-Gruppe die besten Resultate einer dauerhaften Anbindung des Polyelektrolyten. 16

17 Ausblick Senkung der Kontaktimpedanz durch permanente nanostrukturierte Schichtfolge (Nanostart-, Haftvermittler- und Funktionsschicht) Leistungsfähige textile Trockenelektroden flexibel und integrierbar Qualitätssteigerung durch Erhöhung der Lebensdauer der textilen Elektroden Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse auf weitere (textile) leitfähige Nanofasern 17

18 Anwendungsgebiete der neuen textilen Elektroden Bitte beachten Sie den Schutz zvermerk nach DIN ISO Gewebter Gurt mit integrierten textilen EKG-Elektroden Gestickte EEG-Elektroden Textile Elektroden zur Muskelstimulation (z. B. Physiotherapie, Rehabilitationsund Sportmedizin) TENS-Behandlung (Schmerzbehandlung) Stirnband für Erfassung der Pulswelle

19 Danksagung BMWI: Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie für die finanzielle Förderung des Forschungsvorhabens VF Hautimpedanz, die als Zuwendung aus dem Bundeshaushalt erfolgte.

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Textilforschungsinstitut Thüringen Vogtland e. V. Zeulenrodaer Straße Greiz Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) mail@titv-greiz.de Dipl.- Ing. (FH) Katharina Gnewuch Tel.: k.gnewuch@titv-greiz.de Das Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien 20