Biomedizinische Sensoren fest an ihrem Platz fixieren und Fehler mit medizinischen Fixierungsklebebändern reduzieren

Mit der Ausweitung des Internets der Dinge (IoT) auf medizinische Geräte hat die Anzahl und Vielfalt der biometrischen Sensoren, die auf der menschlichen Haut angebracht werden müssen, zugenommen. Die gesammelten Daten werden zur Überwachung und Diagnose medizinischer Zustände sowie zur Untersuchung und Verbesserung der Leistung von Profisportlern und kommerziellen persönlichen Heimtrainingsprogrammen verwendet.

Zur Fixierung der Sensoren werden in der Regel speziell angefertigte medizinische Klebebänder verwendet, die jedoch nicht für alle Anwendungen geeignet sind. Stattdessen müssen verschiedene Faktoren wie Komfort, Luft- und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und Beständigkeit gegen Flüssigkeiten berücksichtigt werden, was die Auswahl des Klebebandes noch komplexer macht. Außerdem muss das Band bei einigen Anwendungen schnell und einfach entfernt und wieder auf die Haut geklebt werden können, um die Sensoren neu zu positionieren, was in Notfallsituationen wichtig sein kann. Erforderlich ist eine Vielzahl von medizinischen Klebebändern, die leicht zu unterscheiden sind, damit sie in der entsprechenden Situation eingesetzt werden können.

In diesem Artikel wird eine Familie medizinischer Klebebänder von 3M vorgestellt, die für verschiedene Situationen bei der Fixierung auf der menschlichen Haut entwickelt wurden. In dem Artikel werden vier medizinische Klebebänder von 3M vorgestellt und erläutert, wie sie sich für bestimmte medizinische Fixierungsanwendungen eignen. Darüber hinaus werden die Vorteile der Standardisierung auf eine Familie von medizinischen Klebebändern untersucht, wie z. B. die Vereinfachung des Einkaufs, die Konsistenz der Dokumentation und die Benutzerfreundlichkeit.

Anwendungen für medizinische Fixierungsklebebänder

So wie die Verfügbarkeit und die große Auswahl an Umweltsensoren das Wachstum des kommerziellen IoT und des industriellen IoT (IIoT) gefördert hat, so fördern die Verfügbarkeit und die Vielfalt biometrischer Sensoren neue medizinische Sensorgeräte, einschließlich medizinischer IoT-Geräte. Biometrische Sensorprodukte für Verbraucher, wie z. B. intelligente Uhren mit Pulsüberwachung, können einfach am Handgelenk befestigt werden, während Herzmonitore für Verbraucher um die Brust einer Person geschnallt werden können, um eine noch höhere Genauigkeit zu gewährleisten. Diese verbesserte Genauigkeit ist nicht nur auf die Verwendung eines präziseren Sensors zurückzuführen, sondern auch auf die sichere Platzierung des Herzmonitors über dem Herzen. Die Genauigkeit biometrischer Sensordaten hängt direkt mit dem Sensortyp und der richtigen Platzierung auf der Haut zusammen.

Für biometrische Anwendungen im medizinischen Bereich müssen jedoch viele Sensoren an Stellen angebracht werden, die sich nicht mit einem einfachen Gurt erreichen lassen. Außerdem müssen sie unter Umständen fester und sicherer mit der Hautoberfläche verbunden sein, um eine zuverlässige biometrische Messung zu ermöglichen. Dies erfordert die Verwendung von medizinischem Klebeband, um den Sensor zu fixieren. Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, bestehen die meisten medizinischen Fixierungsklebebänder aus einem bedruckbaren und beschreibbaren Träger, der das eigentliche Band darstellt, einem Klebstoff, mit dem das Band auf der Haut befestigt wird, und einer abziehbaren Schutzfolie, die abgezogen wird, um den Klebstoff freizulegen.

Abbildung 1: Medizinisches Klebeband besteht in der Regel aus einem Träger (oben) und einem Klebstoff (Mitte). Eine Schutzfolie (unten) schützt den Klebstoff und wird bei Gebrauch abgezogen. (Bildquelle: 3M Medical Materials)

Die Auswahl des Trägermaterials und des Klebstoffs bei der Herstellung eines medizinischen Klebebandes bestimmt dessen Gebrauchseigenschaften. Medizinische Fixierungsklebebänder sind nicht alle gleich, und die richtige Auswahl und Verwendung des Bandes erfordert die Berücksichtigung einer Reihe von ergonomischen Faktoren. Diese kombinierten Faktoren bestimmen die Konstruktion des Bandträgers und die Wahl des verwendeten Klebstoffs.

Ergonomie medizinischer Fixierungsklebebänder

Ein wichtiger Aspekt ist der Flüssigkeitswiderstand. Bei langfristiger Verwendung kann ein medizinisches Fixierungsband durch häufiges Waschen des Bereichs oder beim Duschen nass werden, was zu einem Mangel an Haftung und damit zu unzuverlässigen Sensormessungen führt. Wenn Flüssigkeitsbeständigkeit erforderlich ist, wird häufig ein Klebeband aus Polyethylen mit einem medizinischen Klebstoff auf Acrylatbasis verwendet. Diese Konstruktion ist nicht nur resistent gegen Flüssigkeiten, sondern verhindert auch, dass Wasserdampf - etwa bei einer heißen Dusche oder in einem Bereich mit hoher Luftfeuchtigkeit - das Band durchdringt.

Eine ergänzende Anforderung zur Flüssigkeitsbeständigkeit ist die typische Wasserdampfdurchlässigkeit (moisture vapor transmission rate, MVTR) des Bandes. Die MVTR wird in der Regel in Gramm pro Quadratmeter (g/m²) Feuchtigkeit angegeben, die über einen Zeitraum von 24 Stunden durch das Material hindurchgelassen wird. Während in manchen Situationen überhaupt keine Flüssigkeiten oder Wasserdampf das Band passieren dürfen (MVTR = ~0), kann es in anderen Situationen notwendig sein, Feuchtigkeit wie Schweiß durch das Band zu lassen. Bei letzteren lässt ein Vliesstoffband die Haut atmen und den Schweiß verdunsten.

Es gibt einige Anwendungsfälle, in denen ein Klebeband leicht umzupositionieren sein muss, damit der Sensor schnell umplatziert werden kann oder eine begrenzte Mehrfachverwendung am selben Patienten möglich ist. Während für Einweg-Klebebänder eine Vielzahl von Klebstoffen zur Verfügung steht, ermöglichen medizinische Klebstoffe auf Silikonbasis ein einfaches Ablösen und sicheres Wiederanbringen des Sensors.

Der Komfort des Bandes ist immer wichtig, insbesondere bei Bändern, die lange getragen werden. Vliesstoffklebeband mit einer zumindest mäßigen MVTR ist in der Regel am bequemsten, obwohl Polyethylenband je nach Konstruktion und Platzierung etwas bequemer sein kann. Der Tragekomfort von Klebebändern hängt auch von der Dicke des Trägermaterials und der Verwendungsdauer des Bandes ab. Bänder, die über einen längeren Zeitraum getragen werden, müssen bis zu einer Woche lang bequem sein, ohne dem Patienten Unbehagen zu bereiten, und ein dünneres Trägermaterial kann hier mehr Flexibilität und Komfort bieten.

Medizinische Fixierungsklebebänder von 3M

Für diese unterschiedlichen Anwendungen stellt 3M Medical Materials eine Vielzahl verschiedener medizinischer Klebebänder her. Diese Fixierungsbänder tragen den verschiedenen oben genannten ergonomischen Faktoren Rechnung. Da diese Bänder standardisiert werden können und von einem einzigen Lieferanten erhältlich sind, vereinfacht 3M außerdem die Bestandsverwaltung und bietet eine einheitliche Dokumentation für alle Produkte, was den Einkauf vereinfachen und Fehler reduzieren kann.

Für längerfristige Anwendungen mit höherer Beanspruchung stellt 3M das belastbarere Vliesband 3M-4077 her (Abbildung 2). Das 3M 4077 4" X 10YD (Abbildung 1) ist ein beliebtes Format mit einer Größe von 10 Zentimeter (cm) x 9 Meter (m) und einem weißen Vliesstoff aus Polyurethan mit einer Dicke von 0,16 Millimeter (mm). Es nutzt einen Acrylatkleber, der einen hohen Tragekomfort bei längerem Gebrauch bietet. Seine MVTR wird mit ~185 g/m² angegeben und es ist einigermaßen flüssigkeitsresistent, so dass die Haut bei der empfohlenen Verwendung bis zu 14 Tage lang atmen kann.

Abbildung 2: Das medizinische Fixierungsklebeband 4077 von 3M wird für ein längeres Tragen von bis zu 14 Tagen empfohlen. Es wird auf einer praktischen Rolle mit einem Durchmesser von weniger als 20 cm geliefert. (Bildquelle: 3M Medical Materials)

Das medizinische Fixierungsklebeband 4077 von 3M ist nicht repositionierbar und wird nur für den einmaligen Gebrauch empfohlen. Damit eignet sich dieses Band für biometrische Sensoren, die über einen längeren Zeitraum getragen und nach einer Anwendung entfernt werden.

Wie alle hier besprochenen Klebebänder wird auch das 4077 von 3M auf einer Rolle geliefert, um den Gebrauch zu erleichtern. Die Rolle besitzt einen Durchmesser von weniger als 20 cm und lässt sich leicht in einer Krankenstation oder Notaufnahme unterbringen.

Medizinische Fixierungsklebebänder, bei denen die Haut atmen kann, müssen eine hohe MVTR aufweisen. Für diese Anwendungen bietet 3M das 3M 1530 4" X 10YD. Dieses Band misst 10 cm x 9 m, besteht aus einem 0,14 mm dicken weißen Vliesstoff-Trägermaterial und nutzt einen medizinischen Acrylat-Klebstoff in chirurgischer Qualität. Die Konstruktion führt zu einer sehr hohen MVTR von 4200 g/m². Es ist nicht repositionierbar und nicht flüssigkeitsresistent, so dass es für die meisten biometrischen Anwendungen für Verbraucher nicht geeignet ist. Mit seiner hohen MVTR und dem guten Tragekomfort ist das Band für chirurgische Anwendungen und die erweiterte stationäre Überwachung geeignet. Es lässt sich leicht von Hand zerreißen - ein Vorteil in medizinischen Notfallsituationen, in denen es oft schnell gehen muss.

Für Anwendungen, bei denen ein hohes Maß an Komfort und Flexibilität erforderlich ist, bietet 3M das chirurgische Band 3M 9836 4" X 10YD aus Polyurethanfolie mit einem medizinischen Acrylkleber an. Das Band ist in der Standardgröße 10 cm x 9 m erhältlich. Das Trägermaterial besteht aus einer Polyurethanfolie und ist mit einer Dicke von nur 0,03 mm das dünnste Band auf dem Markt, das Flexibilität und Komfort bietet. Es ist wasserabweisend und mit ~450 g/m² einigermaßen atmungsaktiv, womit es einen guten Kompromiss zwischen Atmungsaktivität und Wasserdichtigkeit bietet. Die dünne, bequeme Unterseite, die Flexibilität, die angemessene Atmungsaktivität und die Wasserbeständigkeit dieses Bandes machen es zu einer geeigneten Wahl für die Fixierung von Sensoren an Kindern, bei denen der Sensor und das Befestigungsband einer gewissen Verdrehung standhalten müssen - besonders wichtig bei einem Patienten, der möglicherweise nicht in der Lage ist, eine effektives verbale Rückmeldung zum Komfort der Sensorfixierung zu geben.

Bei einigen Sensorüberwachungsanwendungen muss der Sensor für mehrere Anwendungen neu positioniert werden können und außerdem ein medizinisches Instrument auf der Haut des Patienten fixieren. Bei diesen Anwendungen ist ein doppelt beschichtetes Klebeband wie das 3M 2477P 4" X 10YD sehr nützlich (Abbildung 3). Das Band besitzt eine Größe von 10 cm x 9 m und nutzt einen sehr dünnen (0,04 mm) Träger aus thermoplastischem Elastomer (TPE), der auf beiden Seiten mit Klebstoff versehen ist (Schicht C). Das TPE ist transparent und ermöglicht einen bequemen Blick auf den Sensor und die Haut, um die richtige Platzierung zu erleichtern. Auf der einen Seite befindet sich ein medizinischer Silikon-Acrylat-Klebstoff (Schicht B), der so konzipiert ist, dass er sanft entfernt und neu auf der Haut positioniert werden kann, um einen biometrischen Sensor zu befestigen. Auf der Rückseite des TPE-Trägers befindet sich ein Klebstoff auf Acrylatbasis (Schicht D). Dieser zweite Klebstoff kann sicher an einem medizinischen biometrischen Miniatur-Sensorgerät befestigt werden.

Abbildung 3: Die Schichten des doppelseitigen medizinischen Fixierungsklebebands 3M 2477P 4 x 10 YD bestehen aus einem Silikonacrylat-Klebstoff auf der einen Seite (Schicht B) und einem Klebstoff auf Acrylatbasis (Schicht D) auf der anderen Seite. (Bildquelle: 3M Medical Materials)

Dieses einzigartige medizinische Fixierungsklebeband kann zwei Zwecke erfüllen. Erstens kann es zur Fixierung des Sensors und des medizinischen biometrischen Erfassungsgeräts dienen. So entsteht ein kompaktes biometrisches Erfassungssystem ohne lange Kabel. Das biometrische Sensorgerät kann ein sehr leichter eingebetteter Computer sein, der mit einer CR2032-Batterie betrieben wird. Es kann die Sensormesswerte in einem Flash-Speicher aufzeichnen oder sie über Bluetooth oder Wi-Fi an einen Computer oder ein Mobilgerät senden. Das ist auch nützlich für die Entwicklung von Prototypen kommerzieller biometrischer Sensorgeräte, die auf briefmarkengroßen Einplatinencomputern basieren.

Zweitens kann dieses Band als alleinstehendes medizinisches Band verwendet werden. Die Silikonkleberseite kann für repositionierbare oder wiederverwendbare biometrische Sensoren genutzt werden. Das erlaubt beispielsweise den täglichen Einsatz und die Wiederverwendung biometrischer Sensoren für Sportler. Das Band ist mäßig flüssigkeitsresistent und besitzt eine MVTR von 400 g/m² - gut für den kurzfristigen Einsatz.

In den Spezifikationen von 3M-2477P wird nicht empfohlen, den Klebstoff auf Acrylatbasis auf der Haut zu verwenden.

Fazit:

Nicht alle Anwendungen zur Fixierung biometrischer Sensoren sind gleich, weswegen eine große Auswahl an medizinischen Fixierungsklebebändern geboten wird. Die Verwendungsbedingungen von medizinischen Klebebändern, einschließlich der Ergonomie in der entsprechenden Situation, bestimmen die für die Trägerschicht und den Klebstoff verwendeten Materialien. Die Standardisierung auf einen Lieferanten für medizinische Klebebänder vereinfacht den Einkauf und die Lagerhaltung, reduziert Fehler und sorgt für eine einheitliche Dokumentation.