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I ricercatori del Fraunhofer IZM, insieme a 31 partner dell’industria e della ricerca, hanno sviluppato un cerotto estensibile e wireless che può essere utilizzato per consentire di condurre un monitoraggio cardiaco diagnosticamente rilevante nella vita di tutti i giorni. Ciò ridurrà il numero di esami ospedalieri richiesti per i pazienti ad alto rischio. Inoltre, rafforza la catena del valore dei semiconduttori per il settore medico in Europa attraverso lo sviluppo di nuovi strumenti, metodi e processi per la produzione in serie.
Monitorare la forma fisica quotidiana con gli smartwatch fa ormai parte della vita quotidiana di molte persone. Uno sguardo al tuo smartphone può mostrarti il polso, il conteggio dei passi, la qualità del sonno o persino il ritmo cardiaco. Questo tipo di informazioni sulla salute del cuore possono ora essere integrate da dati sanitari molto più complessi e aiutare nelle diagnosi mediche. Il dimostratore creato nell’ambito del progetto ESCEL APPLAUSE (“Packaging avanzato per fotonica, ottica ed elettronica per la produzione a basso costo in Europa”), finanziato dall’Unione europea, è sottile come un normale cerotto. All’interno nasconde sensori e minuscoli componenti elettronici per il monitoraggio cardiaco a lungo termine. Una volta applicata, la patch Plug&Play può essere utilizzata per il monitoraggio cardiologico dei pazienti. Ciò significa che dati vitali come la saturazione di ossigeno nel sangue, il movimento del torace e la bioimpedenza possono essere misurati e trasmessi direttamente a un’app per il monitoraggio da parte del personale clinico. I ricercatori del Fraunhofer IZM si sono concentrati sullo sviluppo di sistemi e circuiti, sulla tecnologia di assemblaggio e connessione, nonché sull’integrazione di un portacircuito densamente imballato nel patch.
Comfort migliorato con TPU
Come pellicola di supporto per il cerotto è stato utilizzato il poliuretano termoplastico (TPU), che è estremamente comodo da indossare sul corpo grazie alla sua flessibilità ed elasticità. Il materiale può anche essere lavorato in modo economicamente vantaggioso utilizzando le comuni tecnologie PCB, come l’assemblaggio di componenti con macchine pick-and-place. Questo vantaggio è stato sfruttato attraverso l’integrazione delle funzionalità elettriche in un design a doppio sistema in pacchetto (SiP), montato direttamente sul circuito stampato flessibile. Würth Elektronik Circuit Board Technology è stata coinvolta nella progettazione dei circuiti stampati e nella produzione dei substrati. Per raggiungere questo obiettivo, insieme al partner del progetto OSYPKA AG sono state progettate nuove varianti di assemblaggio ultraflessibili e rigido-flessibili; i PCB sono stati prodotti utilizzando substrati delicati sulla pelle.
Tecnologie di integrazione costantemente sviluppate
Il progetto ha inoltre dimostrato la fattibilità di un robusto incapsulamento di portacircuiti sottili dotati di componenti di diverse altezze su TPU. L’elevato livello di miniaturizzazione e la stretta integrazione hanno portato alla fine a un fattore di forma molto discreto, con il PCB estensibile che fornisce un substrato altamente conforme e biocompatibile. La stampa degli elettrodi direttamente sul circuito stampato flessibile e l’integrazione di tutta l’elettronica in un substrato tessile hanno rappresentato progressi chiave nello sviluppo di cerotti medici per il monitoraggio delle funzioni corporee. Christine Kallmayer, project manager del Fraunhofer IZM, ha espresso la sua soddisfazione per i risultati: “Qualche anno fa un cerotto elettronico come questo per il monitoraggio del cuore sarebbe stato inimmaginabile. È stato solo il progresso delle tecnologie di integrazione a significare che ora è possibile miniaturizzare la tecnologia medica al punto da poterla utilizzare come cerotto biocompatibile ed estensibile piuttosto che come dispositivo rigido”.
Il dimostratore APPLAUSE e altri punti salienti della ricerca del gruppo “System on Flex” della Kallmayer saranno presentati quest’anno al COMPAMED di Düsseldorf dal 13 al 16 novembre 2023.
Il progetto fa parte del progetto APPLAUSE, finanziato dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea nell’ambito dell’impresa comune ECSEL con una somma di 34,5 milioni di euro. Altri partner del progetto erano la Würth Elektronik Circuit Board Technology, l’Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (IMEC), Precordior OY, gli Istituti Fraunhofer ENAS e IMS nonché altri 26 partner europei dell’industria e della ricerca, elencati qui: www.elektronikforschung. de/projekte/applausi
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