EP4042844A2 - Printable electrical component comprising a plastic substrate - Google Patents

Printable electrical component comprising a plastic substrate

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EP4042844A2
EP4042844A2 EP20790234.7A EP20790234A EP4042844A2 EP 4042844 A2 EP4042844 A2 EP 4042844A2 EP 20790234 A EP20790234 A EP 20790234A EP 4042844 A2 EP4042844 A2 EP 4042844A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical component
medical product
plastic substrate
conductive ink
printable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20790234.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dejan Nikolic
Alexander Heide
Daniel JURIC
André BÜLAU
Jürgen Keck
Jonathan Seybold
Karl-Peter Fritz
Kerstin Gläser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Original Assignee
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Fresenius Medical Care Deutschland GmbH filed Critical Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Publication of EP4042844A2 publication Critical patent/EP4042844A2/en
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    • H05K2203/1131—Sintering, i.e. fusing of metal particles to achieve or improve electrical conductivity

Definitions

  • the invention relates to a printable electrical component having a plastic substrate.
  • Electronic devices are used in almost all areas of life these days. As a rule, electronic components are also used for a wide variety of purposes. In particular, electronic components are used for measurement purposes.
  • a printed sensor for wearing on the skin is known from the European patent EP 2 305 108 B1. Such measurement purposes can be explained using the example of a dialysis machine.
  • dialysis In the context of dialysis - without being restricted to a certain form of dialysis here - it can be desirable or necessary to record certain parameters by measurement. For example, values relating to the current condition of the patient as well as values relating to functional values of the dialysis can be recorded. For example, pulse, blood pressure values (systolic, diastolic), oxygen saturation, etc. can be recorded as examples of non-invasive recordable values. Weights, quantities, pressures, pH values, creatinine values, etc. of liquids in connection with dialysis can also be recorded.
  • sensors were provided on the respective devices for dialysis-specific values. However, it must be ensured that hygienic requirements are met. This can happen on the one hand that the corresponding sensors for disinfection are accessible after each patient, or on the other hand that such a disinfection is not necessary due to a corresponding design of the sensors.
  • the disinfection of parts of a dialysis machine after each patient is very time-consuming. In the past, this expenditure of time has repeatedly led to hygiene requirements being reduced to the detriment of the patient.
  • sensors have therefore been developed that no longer come into direct contact with elements that would otherwise have to be disinfected. For example, this can be achieved by attaching pressure sensors from the outside to flexible elements through which fluids flow.
  • a suitable pump design can also be used, for example, to determine the flow rate based on the pump action.
  • a medical product having a printable electrical component, the printable electrical component having a plastic substrate, at least one electrical component being applied to the plastic substrate, the electrical component having a dried conductive ink, the plastic substrate being selected from a group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, polypropylene and wherein the dried conductive ink comprises silver and / or gold, the electrical component having spring-like and / or meandering and / or spiral-shaped sections, the printable electrical component being on an outside of the fluid conductor is located.
  • a medical product having a printable electrical component, the printable electrical component having a plastic substrate, wherein at least one electrical component is applied to the plastic substrate, the electrical component having a dried conductive ink, the plastic substrate being selected from a Group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, polypropylene and wherein the dried conductive ink comprises silver and / or gold, wherein the electrical component has at least one conductor section or at least two electrodes, characterized in that the electrical component is part of a strain sensor and / or a thermal flow sensor .
  • the object is achieved by a wearable for wearing on the body having such a medical product.
  • the object is further achieved by a method for producing such a printable electrical component comprising the steps of obtaining a plastic substrate, applying a conductive ink to the plastic substrate, the conductive ink comprising silver and / or gold, and drying the conductive ink, solved.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of aspects of a printable electrical component according to the invention according to embodiments of the invention
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram for the production of printable electrical components according to embodiments of the invention
  • FIG. 7 shows an electrical equivalent circuit diagram for using a printable electrical component according to the invention according to embodiments of the invention.
  • Figures with numerical values are generally not to be understood as exact values, but also include a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.
  • a printable electrical component 1 is provided.
  • the printable electrical component 1 has a plastic substrate LI.
  • the plastic substrate LI is preferably flexible.
  • the plastic substrate LI is thin in relation to its area, e.g. 2 mm or thinner.
  • At least one electrical component E is applied to the plastic substrate LI.
  • the plastic substrate LI can be prepared beforehand by means of a plasma process.
  • the electrical component E has a dried conductive ink.
  • the conductive ink can have been applied beforehand by means of a suitable method, for example using an aerosol jet printing method or an inkjet printing method, this being only mentioned by way of example.
  • Exemplary inks are e.g. nanoparticulate inks.
  • the plastic substrate LI is a polymer material, the process of production being insignificant for the following description of the invention.
  • the plastic substrate LI is selected from a group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, and polypropylene.
  • the LI Kunststoffsubtrat Makrolon ® OD2015 may include as an example of the polycarbonate.
  • the dried conductive ink comprises a metal or an alloy.
  • the conductive ink has silver and / or gold and / or nickel and / or copper.
  • the conductive ink preferably comprises silver.
  • An electrical component E can also be understood as a printed electrical conductor structure.
  • At least one conductor section or at least two electrodes are formed by means of the dried conductive ink (which can also be applied several times and can be the subject of pre- and / or post-treatment steps).
  • the conductor section can form the electrical component E.
  • the electrical component E can for example - as shown in FIG. 2 - have meander-like and / or - as shown in FIG. 3 - spring-like and / or - as shown in FIG. 4 - spiral-shaped sections or an elongated section. Different shapes can be combined with one another.
  • An electrical component E differs from a purely electrical connection in that its electrical properties are measurably changed under the influence of environmental conditions. This means that there is a change in the resistance and / or the capacitance and / or the inductance.
  • two spring-like structures can together form a capacitor - as shown in FIG.
  • Meander-like structures - as shown in Figure 2 - and / or spiral-shaped sections - as shown in Figure 4 - can, for example, take on the function of a strain gauge.
  • all shapes can also serve as a temperature-dependent resistor. It is also possible, for example, to provide at least two electrodes with which, for example, a resistance / conductance of a fluid in contact with the electrodes can be measured.
  • the printable electrical component 1 can be provided on a plastic substrate LI comprising cycloolefin copolymers and a dried, silver-containing ink.
  • the printable electrical component 1 can be provided on a plastic substrate LI comprising cycloolefin copolymers and a dried gold-containing ink.
  • the printable electrical component 1 can be provided on a plastic substrate LI comprising polycarbonate and a dried, silver-containing ink.
  • the printable electrical component 1 can be provided on a plastic substrate LI comprising polycarbonate and a dried, gold-containing ink.
  • the electrical component E is part of a sensor.
  • a resistance measuring bridge can be built with such an electrical component, in which the change compared to a known component of the same type is evaluated under the influence of environmental influences.
  • One example is a Wheatstone measuring bridge, as shown in FIG. With an applied voltage Uin, the change due to environmental influences in relation to the electrical component E can be measured as a voltage change Um.
  • a suitable analog or digital processing of the Measurement signal for example by means of an operational amplifier and / or an analog-digital converter, follow.
  • a strain sensor and / or temperature sensor and / or a conductivity sensor and / or a pressure sensor and / or a thermal flow sensor can be provided in this way.
  • the printable electrical component 1 is biocompatible. That is to say, the printable electrical component can be arranged on the body as well as arranged in the body, and can also come into contact with liquids that are supplied to the body without the risk of damage to the body being created.
  • the printable electrical component 1 is not biodegradable. This means that substances that are supplied to a body can be in contact for a long time. For example, monitoring devices that monitor the stability of a liquid that can be fed to a body, or sensor devices that are only required when a liquid is used, can be integrated in a container or fluid conductor without the risk of damage or the risk of harmful substances are transferred into the liquid. In addition, such an arrangement also allows electrical components 1 to be left in a sterile area, as a result of which patient safety can be improved.
  • the dried conductive ink is covered with a protective layer.
  • a protective layer can on the one hand be provided against undesired influences on the electrical components 1, for example in order to offer protection against certain gaseous components, moisture, contact. Alternatively or additionally, however, protection against the escape of undesired substances or undesired chemical reactions can also be provided as a result.
  • the protective layer can, however, also be provided as an insulator between different levels in the case of multilayer arrangements. For example, FIG. 1 shows a layer illustration in which a first electrical component E1 is provided on the plastic substrate LI in a first plane of a certain flea hEl.
  • a protective layer DS1 is applied to the first electrical component E1, on which in turn a second electrical component E2 (produced in a manner analogous to E1) is provided in a second plane of a certain height hE2.
  • This “stack construction” can be continued.
  • the material selection for the individual layers is flexible. For example, it can be provided that the material systems are identical, ie the material for E1 and E2 is the same and / or the material for DS1 and DS2 is the same or different, the heights hE1 and hE2 can also be the same or vary.
  • the protective layer has an electrically insulating effect, with at least one further electrical component being applied to the protective layer, the further electrical component having a dried conductive ink, the plastic substrate being selected from a group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, Polypropylene and wherein the dried conductive ink comprises silver and / or gold.
  • the plastic substrate LI has a textile material.
  • the textile material can be woven or non-woven, for example.
  • the invention can also be designed as a medical product that has a printable electrical component 1 of the type described above.
  • the medical product has a fluid conductor, the printable electrical component E1 being located on an inside of the fluid conductor. That is, the printable electrical component El can measure properties of the fluid directly. These can be e.g. the pressure or the temperature or a concentration of a substance.
  • the medical product has a fluid conductor, the printable electrical component being located on an outside of the fluid conductor. That is, the printable electrical component El can measure properties of the fluid indirectly through the fluid conductor wall. These can be, for example, the pressure or the temperature. On the other hand, it would also be possible to measure environmental influences on the fluid conductor.
  • the medical product is an element of a dialysis device.
  • the medical product can be part of the dialysis machine or a consumable.
  • Exemplary consumables are dialyzers, dialysis fluid filters, tubes, tube sets, cassettes with at least two fluid channels - in particular blood cassette and / or dialysate cassette (this can have a hard plastic body, for example), flow sensor, canister, needle connection area (consisting for example of a blood cannula and a tube for connection to it) , Concentrate bags (for example containing bicarbonate), filtrate bags, heparin bags, substitute bags, dialysate bags.
  • the medical product can also be a disposable consumption element of a dialysis device.
  • a wearable for wearing on the body has a printable electrical component 1 of the type described above. It can Wearable itself can be worn on the body or the wearable is located on a corresponding fabric.
  • the printable electrical component E1 can be arranged on an elastic band, so that the elastic band can be wrapped around the body or a part of the body of a mammal.
  • the tape itself can also serve as a plastic substrate LI.
  • the wearable can be a medical product, e.g. to measure vital parameters (respiratory activity, pulse, cardiac activity, electrical potentials).
  • printable electronics according to the invention can be used in a dialysis system or another therapeutic / diagnostic system.
  • the printable electrical component 1 of the type presented can be produced, for example, in an exemplary method described below.
  • a (optionally pretreated) plastic substrate is obtained in a step 100.
  • a conductive ink is applied to the plastic substrate LI.
  • the conductive ink comprises silver and / or gold.
  • the conductive ink preferably comprises silver.
  • the ink is then dried (actively or passively), i.e. the solvent evaporates and what remains, among other things, is the silver and / or gold.
  • a protective layer is applied in step 500 after the production of an electrical component has been completed.
  • a protective layer DS1 can be applied after the production of E1 has been completed.
  • the plastic substrate LI is pretreated with a plasma. As indicated in FIG. 5, this pretreatment step can be provided before the plastic substrate LI is obtained in step 100 for printing in step 200 or directly between steps 100 and 200.
  • the plasma pretreatment step e.g., step 50, can be selected from low pressure oxygen plasma and atmospheric pressure plasma pretreatment.
  • the conductive ink is applied in step 200 using an aerosol jet printing method or an inkjet printing method.
  • a check is carried out in a step 350 to determine whether a desired application thickness has been achieved. This can be done either by measuring the applied ink application or but by repeating steps 200 and 300 a predetermined number, e.g. 5-10 times, in particular 6 times, can be implemented.
  • the (partially) dried ink application is sintered.
  • a sintering process can be necessary for certain inks in order to set a desired conductivity.
  • the step of sintering 400 can be selected from thermal sintering and / or photonic sintering, laser sintering, chemical sintering.
  • Thermal sintering is preferably carried out at temperatures below 130 ° C, e.g. 120 ° C, whereby an upper limit can often be specified by the properties of the plastic substrate LI.
  • Laser sintering processes allow site-selective sintering.
  • the sintering and also the degree of sintering can be set in a location-dependent manner, so that the properties of electrical components El, E2 can be influenced in a targeted manner.
  • Chemical sintering can be achieved, for example, by post-treatment in a bath.
  • the (partially) dried ink application can remain in an aqueous sodium chloride solution (0.9%) for a certain time, e.g. 4 hours.
  • a step 450 checks whether a desired sintering has been achieved. This can be implemented either by measuring the applied ink application or by repeating step 400 a predetermined number, e.g. 5-10 times, in particular 6 times.
  • sintering steps of different nature can also be carried out in parallel, in time overlapping or in non-overlapping time. For example, it would be possible first to provide a thermal sintering step and then to carry out a chemical sintering step.
  • the conductive ink when applied to the plastic substrate LI, has at least 10 percent by mass metallic components and at least one solvent.
  • the conductive ink comprises 105 gold or 30% ... 40% ... 50% silver.
  • the ink has a solvent, in particular an alcohol, in particular ethylene glycol. That is to say, in embodiments, the ink can be a nanoparticulate metal ink.
  • a naniparticulate silver ink with 30% mass fraction of silver and ethylene glycol as a solvent is applied to a substrate made of polycarbonate or COC which has previously been plasma pretreated.
  • a substrate made of polycarbonate or COC which has previously been plasma pretreated.
  • six Layers of the ink are applied and then photonically sintered.
  • chemical sintering takes place after photonic sintering, in that the printed electronics are brought into contact, for example, with a sodium chloride solution.
  • a silver ink with a mass fraction of 40% is applied by means of an aerosol jet printing method to a substrate made of polycarbonate or COC which has previously been plasma pretreated.
  • a substrate made of polycarbonate or COC which has previously been plasma pretreated.
  • three layers of the ink are applied and then photonically sintered.
  • the printable electrical component is manufactured with an ink containing gold and is used, for example, inside a fluid conductor.

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Abstract

The invention relates to a medical product, comprising a printable electrical component (1), the printable electrical component (1) comprising a plastic substrate (L1), at least one electrical part (E) being applied to the plastic substrate, the electrical part (E) comprising a dried conductive ink, the plastic substrate being selected from a group comprising polycarbonate, cyclic olefin copolymers, polymethyl methacrylate and polypropylene, the dried conductive ink comprising silver and/or gold, the electrical part (E) comprising spring-like and/or serpentine and/or spiral portions, the medical product also comprising a fluid conductor, the printable electrical component being located on the exterior of the fluid conductor. The invention further relates to a medical product, comprising a printable electrical component (1), the printable electrical component (1) comprising a plastic substrate (L1), at least one electrical part (E) being applied to the plastic substrate, the electrical part (E) comprising a dried conductive ink, the plastic substrate being selected from a group comprising polycarbonate, cyclic olefin copolymers, polymethyl methacrylate and polypropylene, the dried conductive ink comprising silver and/or gold, the electrical part (E) comprising at least one conductor portion or at least two electrodes, characterized in that the electrical part (E) is part of a strain sensor and/or part of a thermal flow sensor.

Description

Druckbares elektrisches Bauteil aufweisend ein Kunststoffsubstrat Printable electrical component comprising a plastic substrate
Die Erfindung betrifft ein druckbares elektrisches Bauteil aufweisend ein Kunststoffsubstrat. The invention relates to a printable electrical component having a plastic substrate.
Hintergrund background
In fast allen Lebensbereichen werden heutzutage elektronische Geräte eingesetzt. Dabei werden in aller Regel auch elektronische Komponenten für die unterschiedlichsten Zwecke verwendet. Insbesondere werden elektronische Komponenten für Messzwecke verwendet. Electronic devices are used in almost all areas of life these days. As a rule, electronic components are also used for a wide variety of purposes. In particular, electronic components are used for measurement purposes.
Auch im Bereich der Medizin - sei es in der Diagnostik oder sei es in der Therapie - werden elektronische Komponenten insbesondere für Messzwecke verwendet. Also in the field of medicine - be it in diagnostics or be it in therapy - electronic components are used in particular for measurement purposes.
Beispielsweise ist aus der europäischen Patentschrift EP 2 305 108 Bl ein gedruckter Sensor zum Tragen auf der Haut bekannt. Am Beispiel eines Dialysegerätes können z.B. solche Messzwecke erläutert werden. For example, a printed sensor for wearing on the skin is known from the European patent EP 2 305 108 B1. Such measurement purposes can be explained using the example of a dialysis machine.
So kann im Rahmen einer Dialyse - ohne hier auf eine bestimmte Form der Dialyse beschränkt zu sein - es wünschenswert oder erforderlich sein, bestimmte Parameter messtechnisch zu erfassen. So können z.B. Werte betreffend den aktuellen Zustand des Patienten als auch Werte betreffend funktionaler Werte der Dialyse erfasst werden. Beispielsweise können Puls, Blutdruckwerte (systolisch, diastolisch), Sauerstoffsättigung etc. als Beispiele nicht invasiv erfassbarer Werte erfasst werden. Ebenso können Gewichte, Mengen, Drücken, pH-Werte, Kreatinin-Werte, etc. von Flüssigkeiten in Zusammenhang mit der Dialyse erfasst werden. In the context of dialysis - without being restricted to a certain form of dialysis here - it can be desirable or necessary to record certain parameters by measurement. For example, values relating to the current condition of the patient as well as values relating to functional values of the dialysis can be recorded. For example, pulse, blood pressure values (systolic, diastolic), oxygen saturation, etc. can be recorded as examples of non-invasive recordable values. Weights, quantities, pressures, pH values, creatinine values, etc. of liquids in connection with dialysis can also be recorded.
Insbesondere für die Dialyse-spezifischen Werte wurden Sensoren an den jeweiligen Geräten vorgesehen. Dabei muss jedoch sichergestellt werden, dass hygienische Anforderungen erfüllt werden. Dies kann zum einen dadurch geschehen, dass die entsprechenden Sensoren einer Desinfektion nach jedem Patienten zugänglich sind oder aber dadurch, dass durch ein entsprechendes Design der Sensoren eine solche Desinfektion nicht nötig ist. Die Desinfektion von Teilen eines Dialysegerätes nach jedem Patienten ist jedoch sehr zeitaufwändig. Dieser Zeitaufwand führte in der Vergangenheit immer wieder dazu, dass die Hygieneansprüche zu Lasten der Patienten reduziert wurden. Als Alternative wurde daher Sensoren entwickelt, die nicht mehr in direktem Kontakt mit Elementen treten, die sonst desinfiziert werden müssten. Beispielsweise kann dies dadurch erreicht werden, dass Drucksensoren von außen an von Fluiden durchflossenen flexiblen Elementen angebracht werden. Auch durch ein entsprechendes Pumpendesign kann z.B. die Durchflussmenge an Hand der Pumpenaktion bestimmt werden. In particular, sensors were provided on the respective devices for dialysis-specific values. However, it must be ensured that hygienic requirements are met. This can happen on the one hand that the corresponding sensors for disinfection are accessible after each patient, or on the other hand that such a disinfection is not necessary due to a corresponding design of the sensors. However, the disinfection of parts of a dialysis machine after each patient is very time-consuming. In the past, this expenditure of time has repeatedly led to hygiene requirements being reduced to the detriment of the patient. As an alternative, sensors have therefore been developed that no longer come into direct contact with elements that would otherwise have to be disinfected. For example, this can be achieved by attaching pressure sensors from the outside to flexible elements through which fluids flow. A suitable pump design can also be used, for example, to determine the flow rate based on the pump action.
Jedoch hat auch diese Herangehensweise Nachteile. Ein Nachteil ergibt sich dadurch, dass die nunmehr erforderlichen Sensoren mit erheblicher höherer Präzision die Messwerte erfassen müssen, da nunmehr eine mittelbare und keine unmittelbare Messung vorliegt. Zum anderen muss das Design auf die speziellen Anforderungen der Sensoren abgestimmt werden, um fehlerhafte Messungen - z.B. durch falsch eingelegte Fluidverbindungen - zu vermeiden. Diese konstruktiven Maßnahmen sind jedoch ebenfalls teuer. However, this approach also has disadvantages. A disadvantage arises from the fact that the sensors that are now required have to record the measured values with considerably higher precision, since there is now an indirect and no direct measurement. On the other hand, the design must be tailored to the special requirements of the sensors in order to avoid incorrect measurements - e.g. due to incorrectly inserted fluid connections. However, these structural measures are also expensive.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung Lösungen bereitzustellen, die es ermöglichen elektronische Komponenten, insbesondere für Messzwecke und dabei insbesondere für medizinische Zwecke, bereitzustellen. Against this background, it is an object of the invention to provide solutions which make it possible to provide electronic components, in particular for measurement purposes and in particular for medical purposes.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Medizinprodukt aufweisend ein druckbares elektrisches Bauteil, das druckbare elektrische Bauteil aufweisend ein Kunststoffsubstrat, wobei auf dem Kunststoffsubtrat mindestens ein elektrisches Bauelement aufgebracht ist, wobei das elektrische Bauelement eine getrocknete leitfähige Tinte aufweist, wobei das Kunststoffsubtrat ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend Polycarbonat, Cycloolefin-Copolymere, Polymethylmethacrylat, Polypropylen und wobei die getrocknete leitfähige Tinte Silber und / oder Gold aufweist, wobei das elektrische Bauelement federartige und / oder mäanderartige und / oder spiralförmige Abschnitte aufweist, wobei das druckbare elektrische Bauteil sich auf einer Außenseite des Fluidleiters befindet. The object is achieved by a medical product having a printable electrical component, the printable electrical component having a plastic substrate, at least one electrical component being applied to the plastic substrate, the electrical component having a dried conductive ink, the plastic substrate being selected from a group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, polypropylene and wherein the dried conductive ink comprises silver and / or gold, the electrical component having spring-like and / or meandering and / or spiral-shaped sections, the printable electrical component being on an outside of the fluid conductor is located.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Medizinprodukt aufweisend ein druckbares elektrisches Bauteil, das druckbare elektrische Bauteil aufweisend ein Kunststoffsubstrat, wobei auf dem Kunststoffsubtrat mindestens ein elektrisches Bauelement aufgebracht ist, wobei das elektrische Bauelement eine getrocknete leitfähige Tinte aufweist, wobei das Kunststoffsubtrat ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend Polycarbonat, Cycloolefin-Copolymere, Polymethylmethacrylat, Polypropylen und wobei die getrocknete leitfähige Tinte Silber und / oder Gold aufweist, wobei das elektrische Bauelement wenigstens einen Leiterabschnitt oder wenigstens zwei Elektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement Teil eines Dehnungssensors und / oder eines thermischer Strömungssensor ist.. The object is also achieved by a medical product having a printable electrical component, the printable electrical component having a plastic substrate, wherein at least one electrical component is applied to the plastic substrate, the electrical component having a dried conductive ink, the plastic substrate being selected from a Group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, polypropylene and wherein the dried conductive ink comprises silver and / or gold, wherein the electrical component has at least one conductor section or at least two electrodes, characterized in that the electrical component is part of a strain sensor and / or a thermal flow sensor ..
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Wearable zum Tragen am Körper aufweisend ein solches Medizinprodukt. Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen druckbaren elektrischen Bauteil aufweisend die Schritte des Erhaltens eines Kunststoffsubstrates, des Aufbringens einer leitfähigen Tinte auf das Kunststoffsubstrat, wobei die leitfähige Tinte Silber und / oder Gold aufweist, und des Trocknens der leitfähigen Tinte aufweist, gelöst. In particular, the object is achieved by a wearable for wearing on the body having such a medical product. The object is further achieved by a method for producing such a printable electrical component comprising the steps of obtaining a plastic substrate, applying a conductive ink to the plastic substrate, the conductive ink comprising silver and / or gold, and drying the conductive ink, solved.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche, der Figuren und der Beschreibung. Further advantageous configurations are the subject matter of the respective dependent claims, the figures and the description.
Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt: The invention is explained in more detail below with reference to the figures. In this shows:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung von Aspekten eines erfindungsgemäßen druckbaren elektrischen Bauteils gemäß Ausführungsformen der Erfindung, 1 shows a schematic sectional illustration of aspects of a printable electrical component according to the invention according to embodiments of the invention,
Fig. 2-4 , 6 je eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes druckbares elektrisches Bauteil gemäß Ausführungsformen der Erfindung, 2-4, 6 each show a schematic plan view of a printable electrical component according to the invention according to embodiments of the invention,
Fig. 5 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Herstellung von druckbaren elektrischen Bauteilen gemäß Ausführungsformen der Erfindung, und Fig. 7 ein elektrisches Ersatzschaltbild zur Verwendung eines erfindungsgemäßen druckbaren elektrischen Bauteils gemäß Ausführungsformen der Erfindung. 5 shows a schematic flow diagram for the production of printable electrical components according to embodiments of the invention, and FIG. 7 shows an electrical equivalent circuit diagram for using a printable electrical component according to the invention according to embodiments of the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt. Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein", „eine" und „eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird. The invention will be illustrated in more detail below with reference to the figures. It should be noted that different aspects are described that can be used individually or in combination. In other words, any aspect can be used with different embodiments of the invention, unless explicitly shown as a pure alternative. Furthermore, for the sake of simplicity, reference will generally only be made to one entity in the following. Unless explicitly noted, the invention can also have several of the entities concerned. In this respect, the use of the words “a”, “an” and “an” is to be understood only as an indication that at least one entity is used in a simple embodiment.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar. Insofar as methods are described below, the individual steps of a method can be arranged and / or combined in any order, unless the context explicitly results in something different. Furthermore, the processes can be combined with one another - unless expressly indicated otherwise.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %. Figures with numerical values are generally not to be understood as exact values, but also include a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.
In Ausführungsformen der Erfindung wird ein druckbares elektrisches Bauteil 1 bereitgestellt. Das druckbare elektrische Bauteil 1 weist ein Kunststoffsubstrat LI auf. Bevorzugt ist das Kunststoffsubstrat LI flexibel. Das Kunststoffsubstrat LI ist dabei in Bezug auf seine Fläche dünn., z.B. 2 mm oder dünner. In embodiments of the invention, a printable electrical component 1 is provided. The printable electrical component 1 has a plastic substrate LI. The plastic substrate LI is preferably flexible. The plastic substrate LI is thin in relation to its area, e.g. 2 mm or thinner.
Auf dem Kunststoffsubtrat LI ist mindestens ein elektrisches Bauelement E aufgebracht. Hierzu kann das Kunststoffsubtrat LI zuvor mittels eines Plasmaverfahrens vorbereitet sein. At least one electrical component E is applied to the plastic substrate LI. For this purpose, the plastic substrate LI can be prepared beforehand by means of a plasma process.
Das elektrische Bauelement E weist eine getrocknete leitfähige Tinte auf. Die leitfähige Tinte kann zuvor mittels eines geeigneten Verfahrens aufgebracht worden sein, z.B. mit einem Aerosol-Jet- Printing-Verfahren oder einem Inkjet-Printing-Verfahren, wobei dies nur beispielhaft aufgeführt ist. Beispielhafte Tinten sind z.B. nanopartikuläre Tinten. The electrical component E has a dried conductive ink. The conductive ink can have been applied beforehand by means of a suitable method, for example using an aerosol jet printing method or an inkjet printing method, this being only mentioned by way of example. Exemplary inks are e.g. nanoparticulate inks.
Das Kunststoffsubtrat LI ist ein Polymermaterial, wobei der Prozess der Herstellung für die nachfolgende Beschreibung der Erfindung unwesentlich ist. Insbesondere ist das Kunststoffsubtrat LI ausgewählt aus einer Gruppe aufweisend Polycarbonat, Cycloolefin-Copolymere, Polymethylmethacrylat, Polypropylen. Beispielsweise kann das Kunststoffsubtrat LI Makroion® OD2015 als Beispiel eines Polycarbonates aufweisen. The plastic substrate LI is a polymer material, the process of production being insignificant for the following description of the invention. In particular, the plastic substrate LI is selected from a group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, and polypropylene. For example, the LI Kunststoffsubtrat Makrolon ® OD2015 may include as an example of the polycarbonate.
Die getrocknete leitfähige Tinte weist ein Metall bzw. eine Legierung auf. Insbesondere weist die leitfähige Tinte Silber und / oder Gold und / oder Nickel und / oder Kupfer auf. Bevorzugt weist die leitfähige Tinte Silber auf. Unter einem elektrischen Bauelemnt E kann man auch eine gedruckte elektrische Leiterstruktur verstehen. The dried conductive ink comprises a metal or an alloy. In particular, the conductive ink has silver and / or gold and / or nickel and / or copper. The conductive ink preferably comprises silver. An electrical component E can also be understood as a printed electrical conductor structure.
Mittels der getrockneten leitfähigen Tinte (die auch mehrfach aufgetragen sein kann und Gegenstand von vor und/oder Nachbehandlungsschritten sein kann) wird wenigstens ein Leiterabschnitt oder wenigstens zwei Elektroden gebildet. Der Leiterabschnitt kann dabei das elektrisches Bauelement E bilden. Das elektrische Bauelement E kann z.B. - wie in Figur 2 gezeigt - mäanderartige und / oder- wie in Figur 3 gezeigt - federartige und / oder - wie in Figur 4 gezeigt - spiralförmige Abschnitte oder einen längsgestreckten Abschnitt aufweisen. Dabei können verschiedene Formen miteinander kombiniert sein. Ein elektrisches Bauelement E unterscheidet sich dabei von einer reinen elektrischen Verbindung dadurch, dass es unter Einfluss von Umweltbedingungen in seinen elektrischen Eigenschaften messbar verändert wird. D.h. es kommt zu einer Änderung des Widerstandes und / oder der Kapazität und / oder der Induktivität. Beispielsweise können zwei federartige Strukturen zusammen einen Kondensator - wie in Figur 6 gezeigt - bilden. Mäanderartige Strukturen - wie in Figur 2 gezeigt - und / oder spiralförmige Abschnitte - wie in Figur 4 gezeigt - können z.B. die Funktion eines Dehnungsmesstreifens übernehmen. Zudem können alle Formen auch als temperaturabhängiger Widerstand dienen. Auch kann z.B. zumindest zwei Elektroden bereitgestellt werden, mit denen z.B. ein Widerstand / Leitwert eines Fluids in Kontakt mit den Elektroden gemessen werden kann. At least one conductor section or at least two electrodes are formed by means of the dried conductive ink (which can also be applied several times and can be the subject of pre- and / or post-treatment steps). The conductor section can form the electrical component E. The electrical component E can for example - as shown in FIG. 2 - have meander-like and / or - as shown in FIG. 3 - spring-like and / or - as shown in FIG. 4 - spiral-shaped sections or an elongated section. Different shapes can be combined with one another. An electrical component E differs from a purely electrical connection in that its electrical properties are measurably changed under the influence of environmental conditions. This means that there is a change in the resistance and / or the capacitance and / or the inductance. For example, two spring-like structures can together form a capacitor - as shown in FIG. Meander-like structures - as shown in Figure 2 - and / or spiral-shaped sections - as shown in Figure 4 - can, for example, take on the function of a strain gauge. In addition, all shapes can also serve as a temperature-dependent resistor. It is also possible, for example, to provide at least two electrodes with which, for example, a resistance / conductance of a fluid in contact with the electrodes can be measured.
Insbesondere kann das druckbare elektrische Bauteil 1 auf einem Kunststoffsubtrat LI aufweisend Cycloolefin-Copolymere und eine getrocknete silberhaltige Tinte bereitgestellt sein. Ebenso kann das druckbare elektrische Bauteil 1 auf einem Kunststoffsubtrat LI aufweisend Cycloolefin-Copolymere und eine getrocknete goldhaltige Tinte bereitgestellt sein. Ebenso kann das druckbare elektrische Bauteil 1 auf einem Kunststoffsubtrat LI aufweisend Polycarbonat und eine getrocknete silberhaltige Tinte bereitgestellt sein. Ebenso kann das druckbare elektrische Bauteil 1 auf einem Kunststoffsubtrat LI aufweisend Polycarbonat und eine getrocknete goldhaltige Tinte bereitgestellt sein. In particular, the printable electrical component 1 can be provided on a plastic substrate LI comprising cycloolefin copolymers and a dried, silver-containing ink. Likewise, the printable electrical component 1 can be provided on a plastic substrate LI comprising cycloolefin copolymers and a dried gold-containing ink. Likewise, the printable electrical component 1 can be provided on a plastic substrate LI comprising polycarbonate and a dried, silver-containing ink. Likewise, the printable electrical component 1 can be provided on a plastic substrate LI comprising polycarbonate and a dried, gold-containing ink.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Bauelement E Teil eines Sensors. Beispielsweise kann mit einem solchen elektrischen Bauelement eine Widerstandsmessbrücke aufgebaut werden, bei der die Änderung gegenüber einem bekannten gleichartigen Bauelement unter Einwirkung von Umwelteinflüssen ausgewertet wird. Ein Beispiel ist eine Wheatstonesche Messbrücke, wie in Figur 7 dargestellt. Dabei kann bei einer angelegten Spannung Uin die Änderung auf Grund von Umwelteinflüssen in Bezug auf das elektrisches Bauelement E als Spannungsänderung Um gemessen werden. Hierzu kann eine geeignete analoge oder digitale Aufbereitung des Messsignales, z.B. mittels eines Operationsverstärkers und / oder eines Analog-Digital-Wandlers, nachfolgen. In one embodiment of the invention, the electrical component E is part of a sensor. For example, a resistance measuring bridge can be built with such an electrical component, in which the change compared to a known component of the same type is evaluated under the influence of environmental influences. One example is a Wheatstone measuring bridge, as shown in FIG. With an applied voltage Uin, the change due to environmental influences in relation to the electrical component E can be measured as a voltage change Um. A suitable analog or digital processing of the Measurement signal, for example by means of an operational amplifier and / or an analog-digital converter, follow.
Beispielsweise kann so ein Dehnungssensor und / oder Temperatursensor und / oder ein Leitfähigkeitssensor und / oder eine Drucksensor und / oder ein thermischer Strömungssensor bereitgestellt werden. For example, a strain sensor and / or temperature sensor and / or a conductivity sensor and / or a pressure sensor and / or a thermal flow sensor can be provided in this way.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das druckbare elektrische Bauteil 1 biokompatibel. D.h. das druckbare elektrische Bauteil kann sowohl auf dem Körper angeordnet sein, als auch im Körper angeordnet sein, als auch mit Flüssigkeiten in Kontakt treten, die dem Körper zugeführt werden, ohne, dass Gefahr für einen Schaden am Körper entsteht. In a particularly advantageous embodiment, the printable electrical component 1 is biocompatible. That is to say, the printable electrical component can be arranged on the body as well as arranged in the body, and can also come into contact with liquids that are supplied to the body without the risk of damage to the body being created.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das druckbare elektrische Bauteil 1 nicht biodegradierbar. D.h., Stoffe, die einem Körper zugeführt werden, können lange Zeit in Kontakt stehen. So lassen sich z.B. Überwachungseinrichtungen, die die Stabilität einer einem Körper zuführbaren Flüssigkeit überwachen, oder Sensoreinrichtungen, die erst bei der Verwendung einer Flüssigkeit benötigt werden, in einem Behältnis oder Fluidleiter integrieren, ohne dass die Gefahr der Beschädigung besteht bzw. ohne die Gefahr, dass schädliche Stoffe in die Flüssigkeit transferiert werden. Zudem erlaubt eine solche Anordnung es auch elektrische Bauelemente 1 in einem sterilen Bereich zu belassen, wodurch die Patientensicherheit verbessert werden kann. In a further advantageous embodiment, the printable electrical component 1 is not biodegradable. This means that substances that are supplied to a body can be in contact for a long time. For example, monitoring devices that monitor the stability of a liquid that can be fed to a body, or sensor devices that are only required when a liquid is used, can be integrated in a container or fluid conductor without the risk of damage or the risk of harmful substances are transferred into the liquid. In addition, such an arrangement also allows electrical components 1 to be left in a sterile area, as a result of which patient safety can be improved.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die getrocknete leitfähige Tinte mit einer Schutzschicht überdeckt. Eine solche Schutzschicht kann zum einen vor ungewünschten Einflüssen auf die elektrischen Bauelemente 1 vorgesehen sein., z.B. um Schutz vor bestimmten gasförmigen Bestandteilen, Feuchtigkeit, Berührung zu bieten. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch ein Schutz vor dem Austreten unerwünschter Stoffe oder aber unerwünschten chemischen Reaktionen hierdurch bereitgestellt werden. Die Schutzschicht kann aber auch bei mehrlagigen Anordnungen als Isolator zwischen verschiedenen Ebenen vorgesehen sein. Beispielsweise ist in Figur 1 eine Schichtdarstellung gezeigt, bei der auf dem Kunststoffsubstrat LI in einer ersten Ebene einer gewissen Flöhe hEl ein erstes elektrisches Bauelement El bereitgestellt ist. Auf dem ersten elektrischen Bauelement El ist eine Schutzschicht DS1 angebracht, auf der wiederum in einer zweiten Ebene einer gewissen Höhe hE2 ein zweites elektrisches Bauelement E2 (hergestellt in analoger Weise wie El) bereitgestellt wird. Diese „Stack-Bauweise" kann fortgesetzt werden. Dabei ist die Materialauswahl für die einzelnen Schichten flexibel. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Materialsysteme identisch sind, d.h. das Material für El und E2 ist gleich und / oder das Material für DS1 und DS2 ist gleich, oder aber verschieden. Ebenso können die Höhen hEl und hE2 gleich sein oder variieren. In einer Ausführungsform der Erfindung wirkt die Schutzschicht elektrisch isolierend, wobei auf der Schutzschicht mindestens ein weiteres elektrisches Bauelement aufgebracht ist, wobei das weitere elektrische Bauelement eine getrocknete leitfähige Tinte aufweist, wobei das Kunststoffsubtrat ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend Polycarbonat Cycloolefin-Copolymere, Polymethylmethacrylat, Polypropylen und wobei die getrocknete leitfähige Tinte Silber und / oder Gold aufweist. In a further embodiment of the invention, the dried conductive ink is covered with a protective layer. Such a protective layer can on the one hand be provided against undesired influences on the electrical components 1, for example in order to offer protection against certain gaseous components, moisture, contact. Alternatively or additionally, however, protection against the escape of undesired substances or undesired chemical reactions can also be provided as a result. The protective layer can, however, also be provided as an insulator between different levels in the case of multilayer arrangements. For example, FIG. 1 shows a layer illustration in which a first electrical component E1 is provided on the plastic substrate LI in a first plane of a certain flea hEl. A protective layer DS1 is applied to the first electrical component E1, on which in turn a second electrical component E2 (produced in a manner analogous to E1) is provided in a second plane of a certain height hE2. This “stack construction” can be continued. The material selection for the individual layers is flexible. For example, it can be provided that the material systems are identical, ie the material for E1 and E2 is the same and / or the material for DS1 and DS2 is the same or different, the heights hE1 and hE2 can also be the same or vary. In one embodiment of the invention, the protective layer has an electrically insulating effect, with at least one further electrical component being applied to the protective layer, the further electrical component having a dried conductive ink, the plastic substrate being selected from a group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, Polypropylene and wherein the dried conductive ink comprises silver and / or gold.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kunststoffsubstrat LI ein textiles Material auf. Das textile Material kann z.B. gewoben oder ungewoben sein. In one embodiment of the invention, the plastic substrate LI has a textile material. The textile material can be woven or non-woven, for example.
Wie bereits zuvor beschrieben kann die Erfindung auch als ein Medizinprodukt ausgestaltet sein, das ein druckbares elektrisches Bauteil 1 der zuvor beschriebenen Art aufweist. As already described above, the invention can also be designed as a medical product that has a printable electrical component 1 of the type described above.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Medizinprodukt einen Fluidleiter auf, wobei das druckbare elektrische Bauteil El sich auf einer Innenseite des Fluidleiters befindet. D.h. das druckbare elektrische Bauteil El kann Eigenschaften des Fluids unmittelbar messen. Diese können z.B. der Druck oder die Temperatur oder eine Konzentration eines Stoffes sein. According to one embodiment of the invention, the medical product has a fluid conductor, the printable electrical component E1 being located on an inside of the fluid conductor. That is, the printable electrical component El can measure properties of the fluid directly. These can be e.g. the pressure or the temperature or a concentration of a substance.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Medizinprodukt einen Fluidleiter auf, wobei das druckbare elektrische Bauteil sich auf einer Außenseite des Fluidleiters befindet. D.h. das druckbare elektrische Bauteil El kann Eigenschaften des Fluids mittelbar durch die Fluidleiterwand messen. Diese können z.B. der Druck oder die Temperatur sein. Andererseits wäre es auch möglich, Umwelteinflüsse auf den Fluidleiter zu messen. According to an alternative embodiment of the invention, the medical product has a fluid conductor, the printable electrical component being located on an outside of the fluid conductor. That is, the printable electrical component El can measure properties of the fluid indirectly through the fluid conductor wall. These can be, for example, the pressure or the temperature. On the other hand, it would also be possible to measure environmental influences on the fluid conductor.
In Ausführungsformen der Erfindung ist das Medizinprodukt ein Element einer Dialysevorrichtung. Beispielsweise kann das Medizinprodukt Teil des Dialysegerätes oder aber eines Verbrauchsmaterials sein. Beispielhafte Verbrauchsmaterialien sind Dialysatoren, Dialysierflüssigkeitsfilter, Schläuche, Schlauchsätze, Kassetten mit mindestens zwei Flüssigkeitskanälen - insbesondere Blutkassette und/oder Dialysatkassette (diese kann z.B. einen Hartplastikkörper aufweisen), Flusssensor, Kanister, Nadelanschlussbereich (bestehend beispielsweise aus einer Blutkanüle und einem Schlauch zum Anschluss daran), Konzentratbeutel (beispielsweise enthaltend Bicarbonat), Filtratbeutel, Heparinbeutel, Substitutbeutel, Dialysatbeutel. Insbesondere kann das Medizinprodukt auch ein Einwegverbrauchselement einer Dialysevorrichtung sein. In embodiments of the invention, the medical product is an element of a dialysis device. For example, the medical product can be part of the dialysis machine or a consumable. Exemplary consumables are dialyzers, dialysis fluid filters, tubes, tube sets, cassettes with at least two fluid channels - in particular blood cassette and / or dialysate cassette (this can have a hard plastic body, for example), flow sensor, canister, needle connection area (consisting for example of a blood cannula and a tube for connection to it) , Concentrate bags (for example containing bicarbonate), filtrate bags, heparin bags, substitute bags, dialysate bags. In particular, the medical product can also be a disposable consumption element of a dialysis device.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Wearable zum Tragen am Körper bereitgestellt, dass ein druckbares elektrisches Bauteil 1 der zuvor beschriebenen Art aufweist. Dabei kann das Wearable selbst auf dem Körper getragen werden oder das Wearable befindet sich auf einem entsprechenden Gewebe. In a further embodiment of the invention, a wearable for wearing on the body is provided that has a printable electrical component 1 of the type described above. It can Wearable itself can be worn on the body or the wearable is located on a corresponding fabric.
Beispielsweise kann die das druckbare elektrische Bauteil El auf einem elastischen Band angeordnet sein, sodass das elastische Band um den Körper oder ein Körperteil eines Säugetiers anliegend geschlungen werden kann. Dabei kann das Band auch selbst als Kunststoffsubtrat LI dienen. Insbesondere kann das Wearable ein Medizinprodukt sein, um z.B. Vitalparameter (Atmungsaktivität, Puls, Herzaktivität, elektrische Potentiale) zu messen. For example, the printable electrical component E1 can be arranged on an elastic band, so that the elastic band can be wrapped around the body or a part of the body of a mammal. The tape itself can also serve as a plastic substrate LI. In particular, the wearable can be a medical product, e.g. to measure vital parameters (respiratory activity, pulse, cardiac activity, electrical potentials).
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann eine erfindungsgemäße druckbare Elektronik in einem Dialysesystem oder einem anderen therapeutischen / diagnostischen System zum Einsatz kommen. Das druckbare elektrische Bauteil 1 der vorgestellten Art kann z.B. in einem nachfolgend beschriebenen beispielhaften Verfahren hergestellt werden. Without loss of generality, printable electronics according to the invention can be used in a dialysis system or another therapeutic / diagnostic system. The printable electrical component 1 of the type presented can be produced, for example, in an exemplary method described below.
Dabei wird ein (optional vorbehandeltes) Kunststoffsubstrat in einem Schritt 100 erhalten. In this case, a (optionally pretreated) plastic substrate is obtained in a step 100.
Auf das Kunststoffsubstrat LI wird in Schritt 200 eine leitfähige Tinte aufgebracht. Die leitfähige Tinte weist Silber und / oder Gold auf. Bevorzugt weist die leitfähige Tinte Silber auf. Anschließend wird die Tinte (aktiv oder passiv) getrocknet, d.h. das Lösungsmittel verdunstet und zurückbleibt unter anderem das Silber und / oder das Gold. In step 200, a conductive ink is applied to the plastic substrate LI. The conductive ink comprises silver and / or gold. The conductive ink preferably comprises silver. The ink is then dried (actively or passively), i.e. the solvent evaporates and what remains, among other things, is the silver and / or gold.
Optional kann vorgesehen sein, dass nach Abschluss der Herstellung eines elektrischen Bauteils eine Schutzschicht in Schritt 500 aufgebracht wird. Beispielsweise kann eine Schutzschicht DS1 nach Abschluss der Herstellung von El aufgebracht werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Aufbringen der leitfähigen Tinte auf das Kunststoffsubstrat LI das Kunststoffsubstrat LI mit einem Plasma vorbehandelt. Dieser Vorbehandlungsschritt kann - wie in Figur 5 angedeutet - vor dem Erhalten in Schritt 100 des Kunststoffsubstrates LI zum Drucken in Schritt 200 oder unmittelbar zwischen Schritt 100 und 200 vorgesehen sein. Der Schritt der Plasmavorbehandlung, z.B. Schritt 50 kann ausgewählt sein aus Niederdruck-Sauerstoff-Plasma und Atmosphärendruck-Plasmavorbehandlung. Optionally, it can be provided that a protective layer is applied in step 500 after the production of an electrical component has been completed. For example, a protective layer DS1 can be applied after the production of E1 has been completed. In one embodiment of the invention, before the conductive ink is applied to the plastic substrate LI, the plastic substrate LI is pretreated with a plasma. As indicated in FIG. 5, this pretreatment step can be provided before the plastic substrate LI is obtained in step 100 for printing in step 200 or directly between steps 100 and 200. The plasma pretreatment step, e.g., step 50, can be selected from low pressure oxygen plasma and atmospheric pressure plasma pretreatment.
In Ausführungsformen der Erfindung wird die leitfähige Tinte in Schritt 200 mit einem Aerosol-Jet Printing Verfahren oder einem Inkjet-Printing-Verfahren aufgebracht. In embodiments of the invention, the conductive ink is applied in step 200 using an aerosol jet printing method or an inkjet printing method.
Dabei kann vorgesehen sein, dass z.B. in einem Schritt 350 überprüft wird, ob eine gewünschte Auftragsstärke erreicht ist. Dies kann entweder durch Messung am hergestellten Tintenauftrag oder aber durch Wiederholung der Schritte 200 und 300 in einer vorbestimmten Anzahl, z,B. 5-10 mal, insbesondere 6 mal, realisiert sein. It can be provided that, for example, a check is carried out in a step 350 to determine whether a desired application thickness has been achieved. This can be done either by measuring the applied ink application or but by repeating steps 200 and 300 a predetermined number, e.g. 5-10 times, in particular 6 times, can be implemented.
In einem optionalen Schritt 400 wird der (an-)getrocknete Tintenauftrag gesintert. Ein solcher Sinterprozess kann bei bestimmten Tinten notwendig werden, um eine gewünschte Leitfähigkeit einzustellen. Insbesondere kann der Schritt des Sinterns 400 ausgewählt sein aus thermischem Sintern und / oder photonisches Sintern, Lasersintern, chemisches Sintern. Dabei wird ein thermisches Sintern bevorzugt bei Temperaturen unter 130°C, z.B. 120° C vorgenommen, wobei eine obere Grenze häufig durch die Eigenschaften des Kunststoffsubstrates LI vorgegeben sein können. Lasersinterverfahren erlauben die ortsselektive Sinterung. D.h. es kann gezielt die Sinterung und auch der Grad der Sinterung ortsabhängig eingestellt werden, sodass die Eigenschaften von elektrischen Bauelementen El, E2 gezielt beeinflusst werden können. Eine chemische Sinterung kann z.B. durch eine Nachbehandlung in einem Bad erreicht werden. Beispielsweise kann der (an-)getrocknete Tintenauftrag in einer wässrigen Natriumchlorid-Lösung (0,9 %) für eine gewisse Zeit, z.B. 4 Stunden, verbleiben. In an optional step 400, the (partially) dried ink application is sintered. Such a sintering process can be necessary for certain inks in order to set a desired conductivity. In particular, the step of sintering 400 can be selected from thermal sintering and / or photonic sintering, laser sintering, chemical sintering. Thermal sintering is preferably carried out at temperatures below 130 ° C, e.g. 120 ° C, whereby an upper limit can often be specified by the properties of the plastic substrate LI. Laser sintering processes allow site-selective sintering. This means that the sintering and also the degree of sintering can be set in a location-dependent manner, so that the properties of electrical components El, E2 can be influenced in a targeted manner. Chemical sintering can be achieved, for example, by post-treatment in a bath. For example, the (partially) dried ink application can remain in an aqueous sodium chloride solution (0.9%) for a certain time, e.g. 4 hours.
Dabei kann vorgesehen sein, dass z.B. in einem Schritt 450 überprüft wird, ob eine gewünschte Sinterung erreicht ist. Dies kann entweder durch Messung am hergestellten Tintenauftrag oder aber durch Wiederholung des Schrittes 400 in einer vorbestimmten Anzahl, z.B. 5-10 mal, insbesondere 6 mal, realisiert sein. It can be provided that, for example, a step 450 checks whether a desired sintering has been achieved. This can be implemented either by measuring the applied ink application or by repeating step 400 a predetermined number, e.g. 5-10 times, in particular 6 times.
Es sei angemerkt, dass auch mehrere Sinterschritte unterschiedlicher Natur zeitlich parallel, zeitlich überlappend oder zeitlich nicht überlappend vorgenommen werden können. Zum Beispiel wäre es möglich zunächst einen thermischen Sinterschritt vorzusehen und anschließend noch einen chemischen Sinterschritt durchzuführen. It should be noted that several sintering steps of different nature can also be carried out in parallel, in time overlapping or in non-overlapping time. For example, it would be possible first to provide a thermal sintering step and then to carry out a chemical sintering step.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die leitfähige Tinte beim Aufbringen auf das Kunststoffsubstrat LI mindestens 10 Massenprozent metallische Anteile und zumindest ein Lösemittel auf. Insbesondere weist die leitfähige Tinte 105 Gold oder 30 % ... 40% ... 50 % Silber auf. In Ausführungsformen der Erfindung weist die Tinte ein Lösemittel, insbesondere einen Alkohol, insbesondere Ethylenglykol auf. D.h. die Tinte kann in Ausführungsformen eine nanopartikuläre Metalltinte sein. In one embodiment of the invention, when applied to the plastic substrate LI, the conductive ink has at least 10 percent by mass metallic components and at least one solvent. In particular, the conductive ink comprises 105 gold or 30% ... 40% ... 50% silver. In embodiments of the invention, the ink has a solvent, in particular an alcohol, in particular ethylene glycol. That is to say, in embodiments, the ink can be a nanoparticulate metal ink.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine nanipartikuläre Silbertinte mit 30% Massenanteil Silber und Ethylenglykol als Lösungsmittel mittels Aerosol-Jet-Druckverfahren aufgebracht auf ein Substrat aus Polycarbonat oder COC, welches zuvor Plasmavorbehandelt wurde. In dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform werden sechs Schichten der Tinte aufgebracht und danach photonisch gesintert. Zusätzlich erfolgt in dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform ein chemisches Sintern nach dem photonischen Sintern, indem die gedruckte Elektronik beispielsweise mit einer Natriumchloridlösung in Kontakt gebracht. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass besonders hohe Leitwerte der gedruckten Elektronik erreicht werden können. In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, a naniparticulate silver ink with 30% mass fraction of silver and ethylene glycol as a solvent is applied to a substrate made of polycarbonate or COC which has previously been plasma pretreated. In this particularly advantageous embodiment, six Layers of the ink are applied and then photonically sintered. In addition, in this particularly advantageous embodiment, chemical sintering takes place after photonic sintering, in that the printed electronics are brought into contact, for example, with a sodium chloride solution. One advantage of this embodiment is that particularly high conductance values can be achieved in the printed electronics.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Silbertinte mit 40% Massenanteil mittels Aerosol-Jet-Druckverfahren aufgebracht auf ein Substrat aus Polycarbonat oder COC, welches zuvor Plasmavorbehandelt wurde. In dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform werden drei Schichten der Tinte aufgebracht und danach photonisch gesintert. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass besonders hohe Leitwerte der gedruckten Elektronik erreicht werden können. In a further particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, a silver ink with a mass fraction of 40% is applied by means of an aerosol jet printing method to a substrate made of polycarbonate or COC which has previously been plasma pretreated. In this particularly advantageous embodiment, three layers of the ink are applied and then photonically sintered. One advantage of this embodiment is that particularly high conductance values can be achieved in the printed electronics.
In Ausführungsformen der Erfindung wird das druckbare elektrische Bauteil mit einer goldhaltigen Tinte hergestellt und z.B. im Inneren eines Fluidleiters eingesetzt. In embodiments of the invention, the printable electrical component is manufactured with an ink containing gold and is used, for example, inside a fluid conductor.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Medizinprodukt aufweisend ein druckbares elektrisches Bauteil (1), das druckbare elektrische Bauteil (1) aufweisend ein Kunststoffsubstrat (LI), wobei auf dem Kunststoffsubtrat mindestens ein elektrisches Bauelement (E) aufgebracht ist, wobei das elektrische Bauelement (E) eine getrocknete leitfähige Tinte aufweist, wobei das Kunststoffsubtrat ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend Polycarbonat, Cycloolefin-Copolymere, Polymethylmethacrylat, Polypropylen und wobei die getrocknete leitfähige Tinte Silber und / oder Gold aufweist, wobei das elektrische Bauelement (E) wenigstens einen Leiterabschnitt oder wenigstens zwei Elektroden aufweist dadurch gekennzeichnet, dass das Medizinprodukt einen Fluidleiter aufweist, wobei das druckbare elektrische Bauteil sich auf einer Außenseite des Fluidleiters befindet. 1. A medical product comprising a printable electrical component (1), the printable electrical component (1) comprising a plastic substrate (LI), at least one electrical component (E) being applied to the plastic substrate, the electrical component (E) being a dried conductive one Comprising ink, wherein the plastic substrate is selected from a group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, polypropylene and wherein the dried conductive ink comprises silver and / or gold, wherein the electrical component (E) has at least one conductor section or at least two electrodes thereby characterized in that the medical product has a fluid conductor, wherein the printable electrical component is located on an outside of the fluid conductor.
2. Medizinprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (E) Teil eines Dehnungssensors und / oder Temperatursensors und / oder eines Leitfähigkeitssensors und / oder eines Drucksensors und / oder eines thermischer Strömungssensor ist. 2. Medical product according to claim 1, characterized in that the electrical component (E) is part of a strain sensor and / or temperature sensor and / or a conductivity sensor and / or a pressure sensor and / or a thermal flow sensor.
3. Medizinprodukt aufweisend ein druckbares elektrisches Bauteil (1), das druckbare elektrische Bauteil (1) aufweisend ein Kunststoffsubstrat (LI), wobei auf dem Kunststoffsubtrat mindestens ein elektrisches Bauelement (E) aufgebracht ist, wobei das elektrische Bauelement (E) eine getrocknete leitfähige Tinte aufweist, wobei das Kunststoffsubtrat ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend Polycarbonat, Cycloolefin-Copolymere, Polymethylmethacrylat, Polypropylen und wobei die getrocknete leitfähige Tinte Silber und / oder Gold aufweist, wobei das elektrische Bauelement (E) wenigstens einen Leiterabschnitt oder wenigstens zwei Elektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (E) Teil eines Dehnungssensors und / oder eines Drucksensors und / oder eines thermischer Strömungssensor ist 3. Medical product comprising a printable electrical component (1), the printable electrical component (1) comprising a plastic substrate (LI), at least one electrical component (E) being applied to the plastic substrate, the electrical component (E) being a dried conductive one Comprising ink, the plastic substrate being selected from a group comprising polycarbonate, cycloolefin copolymers, polymethyl methacrylate, polypropylene and wherein the dried conductive ink comprises silver and / or gold, the electrical component (E) having at least one conductor section or at least two electrodes, characterized in that the electrical component (E) is part of a strain sensor and / or a pressure sensor and / or a thermal flow sensor
4. Medizinprodukt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Medizinprodukt einen Fluidleiter aufweist, wobei das druckbare elektrische Bauteil sich auf einer Innenseite oder auf einer Außenseite des Fluidleiters befindet. 4. Medical product according to claim 3, characterized in that the medical product has a fluid conductor, wherein the printable electrical component is located on an inside or on an outside of the fluid conductor.
5. Medizinprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (E) ein Widerstand ist. 5. Medical product according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical component (E) is a resistor.
6. Medizinprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das druckbare elektrische Bauteil biokompatibel ist. 6. Medical product according to one of the preceding claims, characterized in that the printable electrical component is biocompatible.
7. Medizinprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das druckbare elektrische Bauteil nicht biodegradierbar ist. 7. Medical product according to one of the preceding claims, characterized in that the printable electrical component is not biodegradable.
8. Medizinprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete leitfähige Tinte mit einer Schutzschicht überdeckt ist. 8. Medical product according to one of the preceding claims, characterized in that the dried conductive ink is covered with a protective layer.
9. Medizinprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht elektrisch isolierend wirkt, wobei auf der Schutzschicht mindestens ein weiteres elektrisches Bauelement (E2) aufgebracht ist, wobei das weitere elektrische Bauelement (E2) eine getrocknete leitfähige Tinte aufweist. 9. Medical product according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer has an electrically insulating effect, at least one further electrical component (E2) being applied to the protective layer, the further electrical component (E2) having a dried conductive ink.
10. Medizinprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medizinprodukt ein Element einer Dialysevorrichtung ist. 10. Medical product according to one of the preceding claims, characterized in that the medical product is an element of a dialysis device.
11. Medizinprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medizinprodukt ein Einwegverbrauchselement einer Dialysevorrichtung ist. 11. Medical product according to one of the preceding claims, characterized in that the medical product is a disposable consumption element of a dialysis device.
12. Wearable zum Tragen am Körper aufweisend ein Medizinprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 12. Wearable for wearing on the body having a medical product according to one of the preceding claims.
13. Wearable nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das druckbare elektrische Bauteil auf einem elastischen Band angeordnet ist, sodass das elastische Band um den Körper oder ein Körperteil eines Säugetiers anliegend geschlungen werden kann. 13. Wearable according to claim 12, characterized in that the printable electrical component is arranged on an elastic band, so that the elastic band can be wrapped around the body or a part of the body of a mammal.
14. Verwendung eines Medizinprodukts nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 in einem Dialysesystem. 14. Use of a medical product according to one of the preceding claims 1 to 11 in a dialysis system.
15. Verfahren zur Herstellung eines Medizinprodukts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweisend die Schritte: 15. A method for producing a medical product according to any one of claims 1 to 11 having the steps:
• Erhalten (100) eines Kunststoffsubstrat (LI) • Obtaining (100) a plastic substrate (LI)
• Aufbringen (200) einer leitfähigen Tinte auf das Kunststoffsubstrat (LI), wobei die leitfähige Tinte Silber und / oder Gold aufweist. • Applying (200) a conductive ink to the plastic substrate (LI), the conductive ink comprising silver and / or gold.
• Trocknen (300) der leitfähigen Tinte. • drying (300) the conductive ink.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schritt des Trocknens weiterhin ein Schritt des Aufbringens (500) einer Schutzschicht folgt. 16. The method according to claim 15, characterized in that the step of drying is further followed by a step of applying (500) a protective layer.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Tinte mit einem Aerosol-Jet_Printing Verfahren oder einem Inkjet-Printing-Verfahren aufgebracht wird. 17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that the conductive ink is applied using an aerosol jet printing process or an inkjet printing process.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der leitfähigen Tinte auf das Kunststoffsubstrat (LI) das Kunststoffsubstrat (LI) plasmavorbehandelt (50) wird. 18. The method according to any one of the preceding claims 15 to 17, characterized in that the plastic substrate (LI) is plasma pretreated (50) before the conductive ink is applied to the plastic substrate (LI).
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete Tinte vor einem weiteren Schritt gesintert (400) wird. 19. The method according to any one of the preceding claims 15 to 18, characterized in that the dried ink is sintered (400) before a further step.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Sinterns (400) ausgewählt ist aus thermischem Sintern und / oder photonischem Sintern, Lasersintern, chemisches Sintern. 20. The method according to claim 19, characterized in that the step of sintering (400) is selected from thermal sintering and / or photonic sintering, laser sintering, chemical sintering.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Tinte beim Aufbringen auf das Kunststoffsubstrat (LI) mindestens 10 Massenprozent metallische Anteile und zumindest ein Lösemittel aufweist. 21. The method according to any one of the preceding claims 15 to 20, characterized in that the conductive ink when applied to the plastic substrate (LI) has at least 10 percent by mass metallic components and at least one solvent.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösemittel einen Alkohol, insbesondere Ethylenglykol, aufweist. 22. The method according to claim 21, characterized in that the solvent comprises an alcohol, in particular ethylene glycol.
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