Transistorfolie auf künstlichem Augapfel

Transistorfolien für smarte Kontaktlinsen

Bevor Patienten ihren Arzt aufsuchen, könnten hauchdünne Haftsensoren erste Symptome von Haut- oder Augenkrankheiten anzeigen. Die Grundlage dafür legten nun Wissenschaftler aus der Schweiz, die eine flexible, durchsichtige und zugleich stabile Transistorfolie entwickelt haben. In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erläutern sie ihr neues Fertigungsverfahren, mit dem sie die leichten und auf fast allen Oberflächen haftenden Folien hergestellt haben. Im Unterschied zu Prototypen anderer Forschergruppen sollen die neuen Folien lange haltbar sein, über gute elektronische Eigenschaften verfügen und sich für eine Produktion im größeren Maßstab eignen.

„Mit unserem Ansatz können wir mehrere Vorteile miteinander vereinen: Durchsichtigkeit, geringes Gewicht, extreme Flexibilität und ein relativ gutes elektronisches Verhalten“, sagt Giovanni Salvatore vom Electronics Laboratory der Technischen Hochschule in Zürich. Für die transparenten Transistoren diente ihm und seinen Kollegen eine nur ein millionstel Meter dünne Schicht aus einem Polyvinyl-Kunststoff als Unterlage. Auf diese deponierten sie in mehreren Arbeitsschritten Halbleiter wie Indiumgalliumzinkoxid, dielektrische Isolatoren aus Aluminiumoxid und Metallelektroden. Über die Strukturierung dieser Materialien entstand ein Areal aus dutzenden Transistoren.

Drei menschliche Haare, über die zur Hälfte eine durchsichtige Folie gewickelt wurde. Auf der Folie sind eckige Strukturen eines Schaltkreises zu erkennen.
Transistorfolie an menschlichen Haaren

Nach der Herstellung konnte die Transistorfolie in mehreren Testläufen ihre guten elektronischen Schalteigenschaften unter Beweis stellen. Salvatore und Kollegen wickelten die Folie sogar um ein menschliches Haar, ohne dass die Transistoren beschädigt wurden. Sowohl auf Haut, einem Pflanzenblatt als auch einem künstlichen Augapfel blieben die Folien zuverlässig haften und konnten auf Wunsch leicht wie eine Kontaktlinse wieder abgehoben werden. „Als erste mögliche Anwendung sehen wir auch eine intelligente Kontaktlinse, in der unsere Sensoren den Augeninnendruck permanent messen könnten“, sagt Salvatore.

Aber der Forscher denkt noch weiter hin zu einer umfassenderen Vermessung des Körpers: „Ich stelle mir verformbare und biokompatible Sensormodule vor, die auf der Haut getragen oder in den Körper, etwa auf den Herzmuskel, implantiert werden könnten.“ Bis dahin ist der Weg allerdings noch weit. In weiteren Arbeitsschritten gilt es, die Transistoren auf der hauchdünnen Folie erst zu funktionierenden Sensoren und Funkmodulen zu verknüpfen.

Als weitere Anwendungen könnten extrem leichte Solarfolien und bessere, schon lange prognostizierte elektronischen Textilien entstehen. Neben den Schweizer Forschern arbeiten an diesen Zielen auch andere Arbeitsgruppen. Gute Erfolge mit flexiblen Elektronikfolien erzielte etwa auch das Team um John Rogers an der University of Illinois. Hauchdünne Solarzellen, die sogar gerollt, gedehnt und geknittert werden können, entstanden an der Universität Linz um den Forscher Martin Kaltenbrunner. Das österreichische Team hat ebenfalls medizinische Anwendungen im Blick und fertigte schon Transistorfolien, die auf der Haut haften und die Körpertemperatur messen. Allerdings waren sie nicht durchsichtig wie die neuen Prototypen aus der Schweiz.