Flexible Elektronik: Besondere Lösung für spezielle Anforderungen

Musca noctis, die Nachtfliege, und Papilio lunae, der Mondfalter, sind der puren Fantasie entsprungen. Sie sind filigran, transparent, leuchtend, leicht und wurden mit der Absicht geschaffen, ihrerseits die Fantasie anzuregen. Doch sind sie keine Märchengeschöpfe, die durch nächtliche Welten flattern, sondern Botschafter einer Technik, deren Eigenschaften noch zu wenig bekannt sind – auch im Umfeld der Medizintechnik.

Die Rede ist von flexibler Elektronik, einem Thema, an dem seit rund 30 Jahren gearbeitet wird. Was sich auf diesem Gebiet getan hat und wofür man das nutzen könnte, haben Entwickler aber nicht überall im Blick. „Es gab vor einigen Jahren eine Phase, in der in der Öffentlichkeit viel darüber geredet wurde“, sagt Dr. Christian May. Er leitet am Dresdener Fraunhofer Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP die Abteilung Flexible Organische Elektronik. „Leider wurden in dieser Diskussion mit dem Schlagwort der leuchtenden Tapeten und Ähnlichem Erwartungen geweckt, denen die Wirklichkeit dann nicht Stand halten konnte.“

Das führte zu Enttäuschungen, und die Aufmerksamkeit erlosch. Dabei habe die Technik im industriellen Einsatz inzwischen Einiges zu bieten. „Wir sind in einer sehr spannenden Phase“, fährt der Forscher fort. Bereits seit 2010 gebe es OLEDs – eine Spielart der flexiblen Elektronik – in Smartphone-Bildschirmen der führenden Anbieter. Produziert werden entsprechende Teile von asiatischen Anbietern, vorwiegend aus Korea und China. Bei OLEDs für Beleuchtungsaufgaben sei Deutschland vorn mit dabei – die Rückleuchten bei Fahrzeugen von Audi und BMW beispielsweise erzeugten so ihr Licht, und es gebe Zulieferer, die sich auf deren Herstellung spezialisiert haben. „Bei Leuchten für Gebäude haben sich jüngst die anorganischen LEDs durchgesetzt. Aber wo es um spezielle Designs geht, sind die besonderen Eigenschaften der flexiblen Elektronik sehr gefragt.“

Was die neue Form der Elektronik so speziell macht, ist, dass sie nicht aus starren Silizium-Wafern hergestellt wird. Das Trägermaterial, auf das die Schaltkreise aufgebracht werden, sind biegsame Polymerfolien, leicht, transparent, auch großflächig sowie in beliebigen Geometrien herstellbar. Zumeist bestehen die Schaltkreise aus organischen Materialien, weshalb der Begriff flexible Elektronik oft gleichbedeutend mit organischer Elektronik verwendet wird. „Das stimmt in den meisten Fällen auch, aber grundsätzlich gibt es auch metallische Materialien, mit denen sich die flexiblen Eigenschaften erreichen lassen“, sagt May. Noch werden die Bauteile nicht standardmäßig in industrieller Massenproduktion hergestellt, sind also im Vergleich zu konventioneller Elektronik teurer. May betont aber, dass „das Potenzial für günstigere Wege der Herstellung gegeben ist.“ Sobald die Nachfrage steige, würden die Preise sinken, da ist er sich sicher.

Doch was sind die Vorzüge der flexiblen Elektronik und wofür lassen sie sich nutzen? Wo maximale Leistung gebraucht wird, ist die konventionelle Elektronik überlegen. Aber überall da, wo flexible Strukturen und abgerundete Geometrien oder auch Multifunktionalität gefragt ist, werde die flexible Elektronik zu einer interessanten Alternative, sagt May. Insbesondere in Medizin und Gesundheitswesen ließen sich viele interessante Anwendungen ersinnen. Das hat ein Ideenwettbwerb im Rahmen des Projektes Flex-Med im Jahr 2016 gezeigt. 72 Ideen für Anwendungen aus dem Gesundheitsbereich wurden eingereicht und von der Jury bewertet. Prämiert wurden schließlich drei ganz unterschiedliche Ansätze: Sensoren in Medikamentenblistern, die das Überwachen der Einnahmetermine erleichtern sollen, ein Shirt mit flexibler Elektronik für orthopädisches Monitoring oder auch ein neuronales Netz für Gelähmte oder Parkinson-Patienten, wobei das Netz als Pflaster ausgeführt sein soll.

Einige der eingereichten Ideen sollen als Projekt weitergeführt werden, mit oder ohne Beteiligung der Ideengeber. „Um diese Ansätze zu Produkten umzusetzen, werden derzeit Förderer gesucht“, berichtet May. Sowohl eine Entwicklung mit Unterstützung aus staatlichen Fördermitteln sei denkbar als auch Projekte zusammen mit Unternehmen, die das Ergebnis später vermarkten wollen.

Was für den Flex-Med-Wettbewerb eingereicht wurde, ist in einem Ideenbuch zusammengefasst und online verfügbar. Der Wettbewerb selbst war Teil des Forums Flex+, einer Initiative, die das Bundesforschungsministerium mit 1 Mio. Euro für zwei Jahre unterstützt hat. Das Ziel dabei: Open-Innovation-Strukturen zu etablieren, die Player und Branchen zu identifizieren, die zum Thema flexible Elektronik einen Bezug haben, und schließlich einen branchenübergreifenden Dialog zu beginnen. Das Fraunhofer FEP und das Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm haben dafür die organisatorischen Aufgaben übernommen, gemeinsam mit dem Verein Organic Electronics Saxony. Dieser wird, nachdem die Förderung für Flex+ Ende 2016 auslief, das entstandene Portal mit Informationen zu flexibler Elektronik weiter betreiben und Kontakte zu Fachleuten vermitteln. Weitere Ideen zu diskutieren und zu Produkten weiterzuentwickeln, ist das erklärte Ziel der Beteiligten.

Und natürlich sind Nachtfliege und Mondfalter weiter als Botschafter im Einsatz. Unabhängig von Anwendungen in Autos oder Leuchten, in T-Shirts oder Pflastern, entlocken sie den Betrachtern nicht selten den Ausspruch: „Ach, so etwas geht auch…“, gefolgt von konzentriertem Nachdenken darüber, welche Vorteile sich aus dieser Erkenntnis für das eigene Produktspektrum ableiten lassen. ■

Dr. Birgit Oppermann
birgit.oppermann@konradin.de

Die Einsatzmöglichkeiten flexibler Elektronik sind vielfältig. Um diese mit den Besuchern der Messe Medtec Europe zu diskutieren, sind Fachleute vom Dresdener Fraunhofer FEP am Stand von medizin&technik vertreten.

Am Institut wurden bereits Untersuchungen durchgeführt, bei denen es beispielsweise um den Einsatz von OLED-Licht zur beschleunigten Wundheilung ging. Ein Vorteil organischer Leuchtdioden wäre bei dieser Anwendung, dass sie sich an die betroffene Körperstelle anpassen lassen und in Form eines „Pflasters“ eingesetzt werden könnten. In einer Pilotstudie wurden In-vitro-Zellkulturen mit grünem und kaltweißem OLED-Licht bestrahlt. Das grüne Licht bewirkte Veränderungen, die auf eine beschleunigte Selbstheilung hinweisen. Auch die Zytokompatibilität wurde untersucht. In den ersten Tests gab es keinerlei Anzeichen toxischer Substanzen, die durch den elektrischen Betrieb oder das Biegen der OLEDs hätten auftreten können.

Wenn Sie sich für die Möglichkeiten der flexiblen Elektronik für Ihre Anwendungen interessieren, lohnt sich der Austausch mit den Fachleuten – vielleicht bringen Sie auch die „Insekten“ der speziellen Art auf neue Ideen.