Einweg-Diagnosegeräte, flexible Solarzellen, gedruckte Batterien – Elektronik auf der Basis von Polymeren, kurz Polytronik, eröffnet neue Möglichkeiten. Erste Produkte wie einfache Sensoren werden schon bald auf den Markt kommen.
Vorsichtig hebt Prof. Dr. Karlheinz Bock die durchsichtige Folie hoch und hält sie gegen das Licht. Zu erkennen sind winzige gedruckte Schaltkreise. „Das ist ein Diagnosesystem für die Venen-Thrombose“, verrät der Leiter der Abteilung Polytronische Systeme am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in München.
Jährlich erkranken in Deutschland etwa 80 000 Menschen an dem Verschluss eines Blutgefäßes durch ein Blutgerinnsel. Solche Thromben können eine Lungenembolie oder einen Schlaganfall auslösen. Von der tiefen Beinvenenthrombose sind manchmal auch Passagiere von Langstreckenflügen betroffen. Mit dem System ließe sich künftig einfach untersuchen, ob ein Verdacht auf eine Reisethrombose vorliegt oder nicht. Der Fluggast müsste nur einen Tropfen Blut auf das Messgerät geben. Die Besonderheit des winzigen Lab-on-Chip: Das System ist aus Kunststoff aufgebaut und lässt sich auf Folie herstellen. Damit wäre es möglich, preiswerte Einweg-Diagnosesysteme zu fertigen. Noch sind solche kleinen Analysesysteme Zukunftsmusik. Aber in dem EU-Projekt „diagnosing dvt“ entwickeln Forscher aus acht europäischen Ländern Grundlagen für das Labor auf dem Chip aus Plastik.
Die Polymermaterialien lassen sich lösen und dann wie elektronische Tinte durch Druckverfahren strukturiert auf flexible Folien aufbringen. Für die Fertigung werden in Zukunft weder komplizierte Hochtemperatur- oder Vakuumprozesse noch aufwändige Lithographietechnik gebraucht. Der gesamte Herstellprozess einer integrierten Schaltung aus Polymerelektronik läuft quasi-kontinuierlich in kurzer Zeit ab, ähnlich wie beim Zeitungsdruck.
Derzeit besteht noch Forschungs- und Entwicklungsbedarf, um eine vollständig auf Polymeren basierende Elektronik aufzubauen und industriell zu nutzen. Ein Schlüssel für die Zukunft flexibler elektronischer Systeme ist es, verschiedene Schichtkomponenten wie Polymerelektronik, Solarzellen, gedruckte Batterien, Displays und Sensoren zu einem System zu verbinden.
Damit die Polytronik schneller Eingang in die Industrie findet, verbinden die Fraunhofer-Forscher die Elektronik auf Kunststoff-Basis mit dünnen, flexiblen Silizium-Chips. Ab etwa 20 µm wird das Silizium flexibel wie eine Folie. Schon vor fast zehn Jahren gelang es Ingenieuren des IZM, ganze Silizium- Wafer auf unter 10 µm herunterzuschleifen. Zum Vergleich: Die dünnsten Chips, die heute in Produkten auf dem Markt sind, messen immer noch 70 µm. Mittlerweile können die IZM-Forscher sogar 2 µm dünne Chips fertigen. Wie eine solche Kombination aus Polymer- und klassischer Elektronik in eine mögliche Anwendung umgesetzt werden kann, zeigen die Wissenschaftler am Beispiel eines Sensorarmbands. Hierbei sind ultradünne integrierte Schaltungen aus Silizium, gedruckte Leuchtelemente und Sensoren, SMDs (surface mount device) und polymere passive Schaltungselemente wie Widerstände in einem System integriert. Das flexible Armband ist mit einem Elektrolumineszenz-Display, einem Temperatur-, Feuchte- und Elektrosmogsensor ausgestattet, die jeweils in Rolle-zu-Rolle-Technologie gefertigt wurden. Das Armband eignet sich etwa zur Überwachung von Vitalparametern am menschlichen Körper.
Birgit Niesing Redakteurin, Fraunhofer-Gesellschaft, München www.diagnosingdvt.com
Smarte Kunststoffe lassen sich mit 2 µm dünnen Silizium-Wafern kombinieren
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