Elektrochemische Charakterisierung neuer textile Elektroden auf Basis eines leitfähigen Silikongarns für bioelektrische Stimulation

Sanfte Funken durch weichen Stoff

Über die Haut verabreichte elektrische Impulse können Menschen nach einem Schlaganfall bei der Bewegung helfen, Symptome von Nervenerkrankungen lindern und die Rehabilitation unterstützen. Der Erfolg dieser Therapien hängt jedoch oft von einer unscheinbaren Komponente ab: der Elektrode, die gegen die Haut gedrückt wird. Diese Studie stellt eine neue Art von weicher, waschbarer Textilelektrode aus leitfähigem Silikongarn vor und prüft, ob sie Strom ebenso zuverlässig und sicher leiten kann wie die heute üblichen medizinischen Elektroden, dabei aber komfortabler und wiederverwendbar ist.

Warum bessere Elektroden für Patientinnen und Patienten wichtig sind

Viele Formen der funktionellen elektrischen Stimulation verwenden flache Pads, die auf die Haut geklebt werden, um kleine Ströme in Nerven und Muskeln zu leiten. Diese bestehen heute häufig aus klebenden Hydrogelen oder mit Kohlenstoff gefülltem Gummi. Hydrogele sind leicht anzulegen, können jedoch die Haut reizen und sich schnell abnutzen. Gummielektroden sind in der Regel hautverträglich, benötigen aber oft Gurte oder Tape, um an Ort und Stelle gehalten zu werden — das ist im Alltag unpraktisch und erschwert Patientinnen und Patienten das eigenständige Anbringen. Textile Elektroden, die in Kleidungsstücke oder Ärmel eingebaut werden können, versprechen schnelle, reproduzierbare Platzierung und hohen Tragekomfort. Die meisten existierenden textilen Varianten verwenden jedoch metallbeschichtete Garne, oft Silber, die bei Stromfluss antiseptische Ionen freisetzen können und für häufige Stimulationsanwendungen weniger ideal sind.

Silikon in intelligente Stoffe einweben

Die Forschenden entwickelten eine neue Textilelektrode, indem sie kohlenstoffdotiertes Silikongarn zu einem kleinen quadratischen Patch gestrickt und zur mechanischen Stabilität mit einem regulären Polyamidfaden verstärkt haben. Darum legten sie einen Ring aus nichtleitendem Silikongarn als Barriere, damit sich die feuchte Salzwasserlösung, die den elektrischen Kontakt verbessert, nicht in das restliche Kleidungsstück ausbreitet. In die gestrickte Tasche legten sie einen Schwamm, der eine standardmäßige Salzlösung ähnlich den Körperflüssigkeiten aufnimmt. Vor der Anwendung wird der Schwamm angefeuchtet, sodass Ionen zwischen Elektrode und Haut wandern können. Das Team testete zwei Anschlussarten: eine mit einer Metall-Druckknopfleiste direkt auf der Elektrode und eine, bei der das leitfähige Garn das Signal zu einem weiter wegliegenden Verbinder führt — eine Anordnung, die dem Einbau in tragbare Kleidung nachahmt.

Elektrisches Verhalten des Stoffes untersuchen

Um das Verhalten der neuen Elektroden zu beurteilen, tauchten die Forschenden sie in eine 0,9%-Salzlösung und führten über viele Stunden eine Reihe von Messungen durch. Sie ermittelten, wie leicht Wechselstrom über ein weites Frequenzspektrum (von 0,1 Hertz bis 1.000.000 Hertz) durch die Elektrode fließt, wie sich das natürliche elektrische Potenzial der Elektrode über die Zeit einstellt und wie viel zufälliges elektrisches »Rauschen« sie erzeugt. Die komplette Elektrode mit Druckknopf zeigte relativ geringen Widerstand gegen Stromfluss: etwa 19,6 Kiloohm bei sehr niedriger Frequenz (0,1 Hz), sinkend auf ungefähr 98 Ohm bei 1 MHz — Werte, die denen vieler in der Literatur berichteter textiler Stimulationselektroden entsprechen oder überlegen sind. Die Garn‑nur-Konfiguration ohne Metallknopf wies einen höheren Widerstand auf, besonders bei niedrigen Frequenzen, was die längere und weniger leitfähige Verbindung widerspiegelt. In beiden Designs blieben die Messwerte über 24 Stunden stabil, was darauf hindeutet, dass die Elektroden während längerer Nutzung zuverlässig arbeiten.

Signalstabilität und geringe Störsignale

Die Autoren untersuchten außerdem, wie das Elektrodenpotenzial driftet und welche kleinen zufälligen Schwankungen sie hinzufügt, da beides beeinflusst, wie sauber medizinische Geräte stimulieren oder Signale wie Herz- oder Hirnaktivität aufzeichnen können. Die Garn‑nur‑Elektrode stellte sich auf ein Potenzial von rund 350 Millivolt ein, während die Version mit Edelstahl-Druckknopf viel näher an Null lag. Dieser Unterschied entsteht, weil die Metalle im Druckknopf naturgemäß bei niedrigeren elektrischen Potenzialen liegen und den Gesamtwert verschieben. Wichtig ist, dass beide Varianten in Bereichen blieben, die für etablierte Elektrodenmaterialien typisch sind. Bei der Rauschuntersuchung produzierten beide Typen ähnliche Strömungsrauschpegel, doch die Druckknopf‑Variante zeigte deutlich geringeres Spannungsrauschen — nahe dem Rauschen des Messsystems selbst — was darauf hindeutet, dass der Metallkontakt Schwankungen im Vergleich zum Garn glättet. Insgesamt waren die Rauschpegel moderat und vergleichbar mit denen vieler konventioneller Elektroden, die in Forschung und Klinik verwendet werden.

Vom Labortisch zur tragbaren Therapie

Zusammenfassend zeigen die Messungen, dass textile Elektroden, die aus leitfähigem Silikongarn gestrickt sind, mit bestehenden textilen Stimulationselektroden in Bezug auf Stromdurchlässigkeit, Stabilität des elektrischen Potenzials und niedrige Rauschbeiträge mithalten oder sie übertreffen können. Da Silikon-basierte Materialien bereits als hautfreundlich bekannt sind und die Elektroden in waschbare Kleidungsstücke integriert werden können, könnten diese Geräte komfortablere, nachhaltigere und benutzerfreundlichere elektrische Stimulations­therapien zu Hause und in Kliniken ermöglichen. Zukünftige Arbeiten müssen bestätigen, wie sie sich auf echter Haut, unter Druck und Bewegung sowie bei Langzeitgebrauch verhalten, doch die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Rehabilitationsgeräte von morgen eher wie Alltagskleidung als wie medizinische Hardware aussehen und sich anfühlen könnten.

Zitation: Lange, I., Kalla, T., Wegert, L. et al. Electrochemical characterisation of new textile electrodes based on a conductive silicon yarn for bioelectrical stimulation. Sci Rep 16, 8261 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40950-4

Schlüsselwörter: textile Elektroden, funktionelle elektrische Stimulation, leitfähiges Silikongarn, tragbare medizinische Geräte, bioelektrische Stimulation