DE102022104027A1

DE102022104027A1 - sensor and safety device

Info

Publication number: DE102022104027A1
Application number: DE102022104027.5A
Authority: DE
Inventors: Adrian Ehrenhofer; Thomas Wallmersperger; Gerald Gerlach
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2023-08-24

Abstract

Ein Sensor (100) und eine Sicherungsvorrichtung (200) werden offenbart, wobei der Sensor (100) aufweist: einen elektrischen Leiter (102) und ein Hydrogel-Element (104), in welches der elektrische Leiter (102) zumindest abschnittsweise eingebettet ist derart, dass, wenn das Hydrogel-Element (104) in Abhängigkeit eines oder mehrerer Umgebungsparameter, welche einen Zustand in der Umgebung des Sensors (100) repräsentieren, aufquillt oder entquillt, eine elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters (102) verändert wird.A sensor (100) and a safety device (200) are disclosed, the sensor (100) having: an electrical conductor (102) and a hydrogel element (104) in which the electrical conductor (102) is embedded at least in sections that when the hydrogel element (104) swells or swells as a function of one or more environmental parameters which represent a condition in the vicinity of the sensor (100), an electrical characteristic of the electrical conductor (102) is changed.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen einen Sensor und eine Sicherungsvorrichtung.Various embodiments relate to a sensor and a security device.

Ein (elektrischer) Schaltkreis kann auf verschiedene Weise abgesichert werden. Zum Beispiel kann ein Schaltkreis gegen Überspannungen oder zu hohen elektrischen Strom abgesichert werden. Die Erfinder haben erkannt, dass es vorteilhaft oder sogar erforderlich sein kann, einen (elektrischen) Schaltkreis gegen Umwelteinflüsse in der Umgebung des Schaltkreises abzusichern.An (electrical) circuit can be secured in different ways. For example, a circuit can be protected against overvoltage or excessive electrical current. The inventors have recognized that it can be advantageous or even necessary to protect an (electrical) circuit against environmental influences in the vicinity of the circuit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Sensor bereitgestellt, welcher ein Absichern eines (elektrischen) Schaltkreises gegen vordefinierte Schwellenwerte von Umgebungsparametern ermöglicht. Zum Beispiel kann der Schaltkreis gegen ein Eindringen von Wasser abgesichert werden, so dass beispielsweise ein Kurzschluss verhindert werden kann. Eine Sicherungsvorrichtung kann den Sensor und den Schaltkreis aufweisen. Der Sensor bzw. die Sicherungsvorrichtung können zum Beispiel dort eingesetzt werden, wo Wasser auftritt, wie beispielsweise in einem Badezimmer, im Außenbereich (z.B. Garten, im öffentlichen Raum, etc.), im Körper (z.B. als Teil eines Implantats), usw. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Sensor und die Sicherungsvorrichtung biokompatibel und/oder bio-sensitiv sein und zum Beispiel als Sicherung eines Implantats dienen. Der Sensor und die Sicherungsvorrichtung können das Implantat gegen verschiedene vordefinierte Umgebungsparameter absichern. Das Implantat kann zum Beispiel einen Wirkstoff freisetzen. Im Falle einer Fehlfunktion oder (z.B. mechanischen) Beschädigung des Implantats könnte dieses ohne Absicherung eine zu hohe (z.B. gesundheitsschädliche oder sogar letale) Dosis des Wirkstoffes freisetzen. Der hierin beschriebene Sensor und die Sicherungsvorrichtung sind imstande, das Implantat dahingehend abzusichern, dass die Dosis des Wirkstoffes auf einen vordefinierten Schwellenwert begrenzt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sicherungsvorrichtung eine passive Sicherungsvorrichtung sein, wobei der Sensor derart mit dem Schaltkreis gekoppelt ist, dass die Absicherung des Schaltkreises auch ohne eine aktive Steuerung oder aktive Betätigung eines Auslösers (z.B. Knopfes)) funktioniert. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor derart mit dem Schaltkreis gekoppelt sein, dass der Schaltkreis bei Erreichen eines vordefinierten Schwellenwertes eines oder mehrerer Umgebungsparameter unterbrochen wird. Zum Beispiel im Falle eines elektrischen Implantats kann der Schaltkreis die Ausschüttung des Wirkstoffes steuern und durch die Unterbrechung des Schaltkreises wird eine weitere Ausschüttung des Wirkstoffes verhindert. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor gleichzeitig als Antenne eingerichtet sein, welche beispielsweise im Falle des Implantats von außerhalb des Körpers auslesbar sein kann. In Abhängigkeit der Umgebungsparameter kann sich das von der Antenne gesendete Signal verändern, so dass das Signal des Sensors (z.B. von außerhalb des Körpers) auslesbar ist.According to various embodiments, a sensor is provided which enables an (electrical) circuit to be protected against predefined threshold values of environmental parameters. For example, the circuit can be protected against the ingress of water, so that a short circuit can be prevented, for example. A security device may include the sensor and the circuitry. The sensor or the safety device can be used, for example, where water occurs, such as in a bathroom, outdoors (e.g. garden, in public space, etc.), in the body (e.g. as part of an implant), etc. According to According to various embodiments, the sensor and the security device can be biocompatible and/or bio-sensitive and serve, for example, to secure an implant. The sensor and the security device can secure the implant against various predefined environmental parameters. For example, the implant can release an active substance. In the event of a malfunction or (e.g. mechanical) damage to the implant, this could release an excessive (e.g. harmful or even lethal) dose of the active substance without protection. The sensor and security device described herein are able to secure the implant in such a way that the dose of the active substance is limited to a predefined threshold value. According to various embodiments, the security device can be a passive security device, wherein the sensor is coupled to the circuit in such a way that the protection of the circuit also functions without active control or active actuation of a trigger (e.g. button)). According to various embodiments, the sensor can be coupled to the circuit in such a way that the circuit is interrupted when a predefined threshold value of one or more environmental parameters is reached. For example, in the case of an electrical implant, the circuitry can control the release of the drug and by breaking the circuit, further release of the drug is prevented. According to various embodiments, the sensor can be set up at the same time as an antenna, which can be read from outside the body, for example in the case of the implant. Depending on the environmental parameters, the signal sent by the antenna can change so that the signal from the sensor (e.g. from outside the body) can be read.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Sensor aufweisen: einen elektrischen Leiter und ein aktives Element (z.B. ein Hydrogel-Element), in welches der elektrische Leiter zumindest abschnittsweise eingebettet ist derart, dass, wenn das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) in Abhängigkeit eines oder mehrerer Umgebungsparameter, welche einen Zustand in der Umgebung des Sensors repräsentieren, seine Form und/oder sein Volumen verändert (z.B. wenn das Hydrogel-Element aufquillt oder entquillt), eine elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters verändert wird. Der Sensor mit den in diesem Absatz beschriebenen Merkmalen bildet ein erstes Beispiel.According to various embodiments, a sensor can have: an electrical conductor and an active element (e.g. a hydrogel element), in which the electrical conductor is at least partially embedded in such a way that when the active element (e.g. the hydrogel element) as a function of a or several environmental parameters that represent a condition in the vicinity of the sensor, its shape and/or volume changes (e.g. when the hydrogel element swells or swells), an electrical characteristic of the electrical conductor is changed. The sensor with the characteristics described in this paragraph constitutes a first example.

Die ein oder mehreren Umgebungsparameter können mindestens einen Umgebungsparameter aus der folgenden Liste von Umgebungsparametern aufweisen: eine Menge an Wasser, eine Menge einfallender elektromagnetischer Strahlung (z.B. Licht), einen pH-Wert, eine Temperatur (z.B. eine von der physiologischen Temperatur abweichende Umgebungstemperatur), eine Konzentration eines Stoffes (z.B. eines Schwermetalls, von Glukose oder eines Wirkstoffes, wie beispielsweise Insulin, Adrenalin, etc.). Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel bilden ein zweites Beispiel.The one or more environmental parameters can include at least one environmental parameter from the following list of environmental parameters: an amount of water, an amount of incident electromagnetic radiation (e.g. light), a pH value, a temperature (e.g. an ambient temperature deviating from the physiological temperature), a concentration of a substance (e.g. a heavy metal, glucose or an active substance such as insulin, adrenaline, etc.). The features described in this paragraph in combination with the first example form a second example.

Die ein oder mehreren Umgebungsparameter können zwei (oder mehr) Umgebungsparameter aufweisen und das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) kann eingerichtet sein, in Abhängigkeit der zwei (oder mehr) Umgebungsparameter seine Form und/oder sein Volumen zu verändern (z.B. aufzuquellen bzw. zu entquellen). Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel oder dem zweiten Beispiel bilden ein drittes Beispiel.The one or more environmental parameters can have two (or more) environmental parameters and the active element (e.g. the hydrogel element) can be set up to change its shape and/or its volume (e.g. to swell or expand) depending on the two (or more) environmental parameters . to swell). The features described in this paragraph in combination with the first example or the second example form a third example.

Das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) kann eingerichtet sein, in Abhängigkeit eines Verhältnisses oder einer Kombination (z.B. gewichtete Summe) der zwei (oder mehr) Umgebungsparameter seine Form und/oder sein Volumen zu verändern (z.B. aufzuquellen bzw. zu entquellen). Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem dritten Beispiel bilden ein viertes Beispiel.The active element (e.g. the hydrogel element) can be configured to change its shape and/or volume (e.g. to swell or de-swell) depending on a ratio or a combination (e.g. weighted sum) of the two (or more) environmental parameters. . The features described in this paragraph in combination with the third example form a fourth example.

Eine Länge des in das aktive Element (z.B. in das Hydrogel-Element) eingebetteten Abschnitts des elektrischen Leiters kann mindestens fünfmal so groß sein wie eine Ausdehnung des aktiven Elements (z.B. des Hydrogel-Elements) senkrecht zu dem Abschnitt des elektrischen Leiters. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem dritten Beispiel bilden ein viertes Beispiel.A length of the active element (e.g. in the hydrogel element) embedded portion of the The electrical conductor may be at least five times an extension of the active element (eg, the hydrogel element) perpendicular to the portion of the electrical conductor. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the third example form a fourth example.

Das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) kann zylinderförmig (z.B. mit rundem, ellipsenförmigen oder n-eckigen Querschnitt) sein. Der in das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) eingebettete Abschnitt des elektrischen Leiters kann im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Zylinders angeordnet sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem fünften Beispiel bilden ein sechstes Beispiel. Dadurch kann zum Beispiel die durch die Volumenzunahme oder Formänderung des aktiven Elements (z.B. das Aufquellen des Hydrogel-Elements) induzierte Zugspannung erhöht werden.The active element (e.g., the hydrogel element) may be cylindrical (e.g., circular, elliptical, or n-sided in cross-section). The portion of the electrical conductor embedded in the active element (e.g. the hydrogel element) may be arranged substantially parallel to the longitudinal axis of the cylinder. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the fifth example form a sixth example. This can, for example, increase the tensile stress induced by the increase in volume or change in shape of the active element (e.g. the swelling of the hydrogel element).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das aktive Elemente (z.B. das Hydrogel-Element) anisotrope Volumen- oder Formänderungseigenschaften (z.B. anisotrope Quelleigenschaften) aufweisen, welche zu einer erhöhten induzierten Zugspannung führen.According to various embodiments, the active element (e.g., the hydrogel element) may exhibit anisotropic volume or strain properties (e.g., anisotropic swelling properties) that result in increased induced tensile stress.

Der elektrische Leiter kann einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, welche in das aktive Element (z.B. in das Hydrogel-Element) eingebettet sind. Das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) kann eingerichtet sein, sein Volumen zu vergrößern (z.B. aufzuquellen), wenn ein die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierender Wert zunimmt, und sein Volumen zu verringern (z.B. zu entquellen), wenn der Wert abnimmt. Der elektrische Leiter und das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) können derart eingerichtet sein, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des elektrischen Leiters einander physisch und elektrisch leitend kontaktieren, wenn der die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierende Wert unterhalb eines vordefinierten Schwellenwertes liegt, und dass der physische und elektrisch leitende Kontakt des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts des elektrischen Leiters unterbrochen ist, wenn der die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierende Wert oberhalb des vordefinierten Schwellenwertes liegt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem sechsten Beispiel bilden ein siebtes Beispiel.The electrical conductor may have a first section and a second section embedded in the active element (e.g., in the hydrogel element). The active element (e.g., the hydrogel element) may be configured to increase in volume (e.g., swell) when a value representative of the one or more environmental parameters increases, and decrease in volume (e.g., de-swell) when the value decreases. The electrical conductor and the active element (e.g. the hydrogel element) can be set up in such a way that the first section and the second section of the electrical conductor contact one another physically and electrically conductively when the value representing the one or more environmental parameters is below a predefined threshold value and that the physical and electrically conductive contact of the first section and the second section of the electrical conductor is broken when the value representing the one or more environmental parameters is above the predefined threshold value. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the sixth example form a seventh example.

Der elektrische Leiter kann einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, welche in das aktive Element (z.B. in das Hydrogel-Element) eingebettet sind. Das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) kann eingerichtet sein, sein Volumen zu vergrößern (z.B. aufzuquellen), wenn ein die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierender Wert abnimmt, und sein Volumen zu verringern (z.B. zu entquellen), wenn der Wert zunimmt. Der elektrische Leiter und das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) können derart eingerichtet sein, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des elektrischen Leiters einander physisch und elektrisch leitend kontaktieren, wenn der die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierende Wert oberhalb eines vordefinierten Schwellenwertes liegt, und dass der physische und elektrisch leitende Kontakt des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts des elektrischen Leiters unterbrochen ist, wenn der die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierende Wert unterhalb des vordefinierten Schwellenwertes liegt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem sechsten Beispiel bilden ein achtes Beispiel.The electrical conductor may have a first section and a second section embedded in the active element (e.g., in the hydrogel element). The active element (e.g., the hydrogel element) may be configured to increase in volume (e.g., swell) when a value representative of the one or more environmental parameters decreases and decrease in volume (e.g., deswell) when the value increases. The electrical conductor and the active element (e.g. the hydrogel element) can be set up in such a way that the first section and the second section of the electrical conductor contact one another physically and electrically conductively when the value representing the one or more environmental parameters is above a predefined threshold value and that the physical and electrically conductive contact of the first section and the second section of the electrical conductor is broken when the value representing the one or more environmental parameters is below the predefined threshold value. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the sixth example form an eighth example.

Der erste Abschnitt des elektrischen Leiters kann eine dem zweiten Abschnitt zugewandte erste Kontaktplatte aufweisen und der zweite Abschnitt des elektrischen Leiters kann eine dem ersten Abschnitt zugewandte zweite Kontaktplatte aufweisen, so dass sich die erste Kontaktplatte und die zweite Kontaktplatte in Abhängigkeit des die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierenden Wertes entweder berühren zum Bereitstellen des physischen und elektrisch leitenden Kontaktes zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt oder in einem Abstand zueinander angeordnet sind zum Unterbrechen des physischen und elektrisch leitenden Kontaktes zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des elektrischen Leiters. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem siebten Beispiel oder dem achten Beispiel bilden ein neuntes Beispiel. Die Kontaktplatten können eine Kontaktfläche zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt erhöhen, so dass eine Wiederherstellung des elektrisch leitend-Zustands vereinfacht wird bzw. dessen Reversibilität sichergestellt wird.The first section of the electrical conductor can have a first contact plate facing the second section and the second section of the electrical conductor can have a second contact plate facing the first section, so that the first contact plate and the second contact plate change depending on the one or more environmental parameters value representing either touching to provide the physical and electrically conductive contact between the first portion and the second portion or spaced apart to break the physical and electrically conductive contact between the first portion and the second portion of the electrical conductor. The features described in this paragraph in combination with the seventh example or the eighth example form a ninth example. The contact plates can increase a contact area between the first section and the second section, so that restoration of the electrically conductive state is simplified or its reversibility is ensured.

Eine Sicherungsvorrichtung kann einen Sensor gemäß einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem neunten Beispiel aufweisen. Die Sicherungsvorrichtung kann einen mit dem elektrischen Leiter gekoppelten Schaltkreis aufweisen, wobei der elektrische Leiter und der Schaltkreis derart eingerichtet sind, dass sich ein Betriebsmodus des Schaltkreises ändert, wenn sich die elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters verändert.A security device may include a sensor according to one or more of the first example to the ninth example. The safety device can have a circuit coupled to the electrical conductor, the electrical conductor and the circuit being set up in such a way that an operating mode of the circuit changes when the electrical characteristics of the electrical conductor change.

Der elektrische Leiter und der Schaltkreis können derart eingerichtet sein, dass sich der Betriebsmodus des Schaltkreises ändert, wenn in Reaktion auf eine Volumenänderung und/oder Formänderung des aktiven Elements (z.B. ein Aufquellen oder Entquellen des Hydrogel-Elements) ein die elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters repräsentierender Wert über einen vordefinierten Schwellenwert steigt und/oder unter einen vordefinierten Schwellenwert fällt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem zehnten Beispiel bilden ein elftes Beispiel.The electrical conductor and the circuit can be set up in such a way that the operating mode of the circuit changes when in In response to a change in volume and/or shape of the active element (eg swelling or de-swelling of the hydrogel element), a value representing the electrical characteristic of the electrical conductor rises above a predefined threshold value and/or falls below a predefined threshold value. The features described in this paragraph in combination with the tenth example form an eleventh example.

Der Sensor kann gemäß einem des siebten Beispiels bis dem neunten Beispiel eingerichtet sein und der elektrische Schaltkreis kann in einem EIN-Zustand sein, wenn der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des elektrischen Leiters einander physisch und elektrisch leitend kontaktieren und der elektrische Schaltkreis kann in einem AUS-Zustand sein, wenn der physische und elektrisch leitende Kontakt des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts des elektrischen Leiters unterbrochen ist.The sensor can be set up according to any one of the seventh example to the ninth example and the electrical circuit can be in an ON state when the first portion and the second portion of the electrical conductor physically and electrically conductively contact each other and the electrical circuit can be in a Be OFF state when the physical and electrically conductive contact of the first portion and the second portion of the electrical conductor is broken.

Das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) und der elektrische Leiter können derart eingerichtet sein, dass die Volumenzunahme (bzw. Formänderung) des aktiven Elements (z.B. das Aufquellen des Hydrogel-Elements) zu einer Zugbeanspruchung des elektrischen Leiters führt, wobei die Bruchfestigkeit des elektrischen Leiters einem die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierenden vordefinierten Schwellenwert zugeordnet ist. Der elektrische Leiter und der Schaltkreis können derart eingerichtet sein, dass sich der Betriebsmodus des Schaltkreises von einem EIN-Zustand in einen AUS-Zustand ändert, wenn der elektrische Leiter aufgrund der Zugbeanspruchung reißt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem zehnten Beispiel oder dem elften Beispiel bilden ein dreizehntes Beispiel. Anschaulich kann der Sensor ein irreversibler Sensor (z.B. Schwellenwertsensor) sein.The active element (e.g. the hydrogel element) and the electrical conductor can be set up in such a way that the increase in volume (or change in shape) of the active element (e.g. the swelling of the hydrogel element) leads to a tensile stress on the electrical conductor, the breaking strength of the electrical conductor is associated with a predefined threshold value representing one or more environmental parameters. The electrical conductor and the circuit may be arranged such that the operating mode of the circuit changes from an ON state to an OFF state when the electrical conductor breaks due to tensile stress. The features described in this paragraph in combination with the tenth example or the eleventh example form a thirteenth example. Clearly, the sensor can be an irreversible sensor (e.g. threshold sensor).

Die Bruchfestigkeit kann die maximale mechanische Spannung sein, die ein Material oder Festkörper aushält ohne zu brechen. Im Falle der Zugbeanspruchung kann die Bruchfestigkeit auch als Zugfestigkeit bezeichnet werden. Die Bruchfestigkeit kann sowohl von der Materialbeschaffenheit als auch der Temperatur abhängig sein. Folglich kann die mit dem Schwellenwert assoziierte Bruchfestigkeit an die Umgebungstemperatur angepasst sein (z.B. Körpertemperatur im Falle eines Implantats).Ultimate strength can be the maximum mechanical stress that a material or solid can withstand without breaking. In the case of tensile stress, breaking strength can also be referred to as tensile strength. The breaking strength can depend on both the material properties and the temperature. Consequently, the fracture strength associated with the threshold may be adapted to the ambient temperature (e.g. body temperature in the case of an implant).

Das aktive Element (z.B. das Hydrogel-Element) und der elektrische Leiter können derart eingerichtet sein, dass in einem Nicht-Volumenzunahme-Zustand des aktiven Elements (z.B. einem Entquollen-Zustand des Hydrogel-Elements) eine Zugspannung größer als oder gleich 10 MPa (z.B. größer als 100 MPa) auf den elektrischen Leiter wirkt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem dreizehnten Beispiel bilden ein vierzehntes Beispiel. Dies kann verhindern, dass sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt in dem Nicht-Volumenzunahme-Zustand (z.B. dem Entquollen-Zustand des Hydrogel-Elements) erneut berühren.The active element (e.g., the hydrogel element) and the electrical conductor may be configured such that in a non-bulk state of the active element (e.g., a deswelled state of the hydrogel element), a tensile stress is greater than or equal to 10 MPa ( e.g. greater than 100 MPa) acts on the electrical conductor. The features described in this paragraph in combination with the thirteenth example form a fourteenth example. This can prevent the first section and the second section from touching each other again in the non-bulking state (e.g., the deswollen state of the hydrogel member).

Der elektrische Leiter kann derart mit dem Schaltkreis gekoppelt (z.B. elektrisch leitend verbunden) sein, dass eine Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit des elektrischen Leiters zu einer Unterbrechung des Schaltkreises führt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des zehnten Beispiels bis dem vierzehnten Beispiel bilden ein fünfzehntes Beispiel.The electrical conductor may be coupled (e.g. electrically conductively connected) to the circuit such that an interruption in the electrical conductivity of the electrical conductor results in an interruption in the circuit. The features described in this paragraph in combination with one or more of the tenth example through the fourteenth example form a fifteenth example.

Der Sensor mit den Merkmalen gemäß einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem neunten Beispiel kann zum Absichern eines elektrischen Implantats verwendet werden. Die Verwendung des Sensors bildet ein sechzehntes Beispiel.The sensor having the features according to one or more of the first example to the ninth example can be used to secure an electrical implant. The use of the sensor forms a sixteenth example.

Die Sicherungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß einem oder mehreren des zehnten Beispiels bis dem fünfzehnten Beispiel kann zum Absichern eines elektrischen Implantats verwendet werden. Die Verwendung der Sicherungsvorrichtung bildet ein siebzehntes Beispiel.The security device having the features according to one or more of the tenth example to the fifteenth example can be used to secure an electrical implant. The use of the security device constitutes a seventeenth example.

Der elektrische Leiter kann derart mit dem Schaltkreis gekoppelt sein, dass der Schaltkreis bei einer Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit des elektrischen Leiters unterbrochen wird, wodurch ein Steuern der Funktion des elektrischen Implantats durch den Schaltkreis verhindert wird. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem achtzehnten Beispiel bilden ein achtzehntes Beispiel.The electrical conductor can be coupled to the circuit in such a way that the circuit is interrupted if the electrical conductivity of the electrical conductor is interrupted, thereby preventing the circuit from controlling the function of the electrical implant. The features described in this paragraph in combination with the eighteenth example form an eighteenth example.

Der Sensor kann derart eingerichtet sein, dass eine mechanische Beschädigung des elektrischen Implantats zu einer Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit des elektrischen Leiters führt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem achtzehnten Beispiel bilden ein neunzehntes Beispiel.The sensor can be set up in such a way that mechanical damage to the electrical implant leads to an interruption in the electrical conductivity of the electrical conductor. The features described in this paragraph in combination with the eighteenth example form a nineteenth example.

Es zeigen

1A bis 1F jeweils einen Sensor gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A bis 2E jeweils eine Sicherungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

Show it

1A until 1F each a sensor according to various embodiments;
2A until 2E each a safety device according to different embodiments.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings that form a part hereof and in which specific embodiments are illustrated by way of illustration are shown in which the invention may be practiced.

Es kann erforderlich sein, einen elektrischen Schaltkreis gegen Fehler bzw. Fehlfunktionen abzusichern.It may be necessary to protect an electrical circuit against errors or malfunctions.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der elektrische Schaltkreis gegen einen vordefinierten Schwellenwert mindestens eines Umgebungsparameters, welcher einen Zustand in der Umgebung des Sensors repräsentiert, abgesichert.According to various embodiments, the electrical circuit is secured against a predefined threshold value of at least one environmental parameter, which represents a state in the vicinity of the sensor.

Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen Sensor und eine Sicherungsvorrichtung, wobei anschaulich eine Geometrieänderung eines aktiven Materials ausgenutzt wird zum Erfassen des mindestens einen Umgebungsparameters. Beispielsweise wird in verschiedenen Ausführungsformen eine aus der Geometrieänderung des aktiven Materials resultierende Zugbeanspruchung eines in das aktive Material eingebetteten elektrischen Leiters ausgenutzt zum Erfassen des mindestens einen Umgebungsparameters. Es wird verstanden, dass der hierin beschriebene elektrische Leiter auch ein Halbleiter sein kann oder einen Halbleiter aufweisen kann.Various embodiments relate to a sensor and a safety device, a change in geometry of an active material being clearly used to detect the at least one environmental parameter. For example, in various embodiments, a tensile stress of an electrical conductor embedded in the active material resulting from the change in geometry of the active material is used to detect the at least one environmental parameter. It is understood that the electrical conductor described herein can also be a semiconductor or can include a semiconductor.

Unter einem „aktiven Material“ kann ein Material verstanden werden, dass durch nichtmechanische Stimulation („Aktivierung“) reversibel mechanisch deformierbar ist. Bei Stimulation (Aktivierung) des aktiven Materials kann beispielsweise eine Zugbeanspruchung des elektrischen Leiters erzeugt bzw. erhöht werden und/oder Abschnitte des elektrischen Leiters können voneinander weg verschoben werden, so dass ein Abstand zwischen den Abschnitten erzeugt oder vergrößert wird.An “active material” can be understood to mean a material that can be reversibly mechanically deformed by non-mechanical stimulation (“activation”). Upon stimulation (activation) of the active material, a tensile stress of the electrical conductor can be generated or increased, for example, and/or sections of the electrical conductor can be shifted away from one another, so that a distance between the sections is generated or increased.

Die Geometrieänderung des aktiven Materials kann von einem vordefinierten Umgebungsparameter oder von mehreren vordefinierten Umgebungsparametern abgängig sein. Das Ausmaß der Geometrieänderung kann von der Stärke der Stimulation abhängig sein. Zum Beispiel kann die auf den elektrischen Leiter wirkende Zugspannung eine Menge (z.B. Konzentration) des Umgebungsparameters bzw. der Umgebungsparameter angeben. Hierbei kann die Zugspannung mit Zunahme der Menge des einen oder der mehreren Umgebungsparameter entweder zunehmen oder abnehmen. Die auf den elektrischen Leiter wirkende Zugbeanspruchung kann eine elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters verändern, so dass die elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters ein Maß für die wirkende Zugbeanspruchung und damit auch ein Indikator für die Menge des einen oder der mehreren Umgebungsparameter sein kann. Anschaulich können der elektrische Leiter und das den elektrischen Leiter einbettende aktive Material einen Sensor zum Erfassen des einen oder der mehreren Umgebungsparameter bilden.The change in geometry of the active material can depend on one or more predefined environmental parameters. The extent of the geometry change can depend on the strength of the stimulation. For example, the tensile stress on the electrical conductor may be indicative of a quantity (e.g., concentration) of the environmental parameter or parameters. Here, the tensile stress may either increase or decrease as the amount of the one or more environmental parameters increases. The tensile stress acting on the electrical conductor can change an electrical characteristic of the electrical conductor, so that the electrical characteristic of the electrical conductor can be a measure of the tensile stress acting and thus also an indicator of the amount of one or more environmental parameters. Clearly, the electrical conductor and the active material embedding the electrical conductor can form a sensor for detecting the one or more environmental parameters.

Die Form des aktiven Materials kann sich in Reaktion auf die Stimulation (in manchen Aspekten auch als Stimulus bezeichnet) selbstständig verändern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sicherungsvorrichtung den Sensor und einen mit dem Sensor gekoppelten Schaltkreis aufweisen. Der Sensor und der Schaltkreis können derart gekoppelt sein, dass der Schaltkreis bei Erreichen eines vordefinierten Schwellenwertes des einen oder der mehreren Umgebungsparameter unterbrochen und somit dessen Funktion verhindert wird. Dies kann passiv, also ohne eine aktive Steuerung oder Regelung des Schaltkreises, erfolgen. Anschaulich kann die Sicherungsvorrichtung eine passive Sicherungsvorrichtung sein.The shape of the active material can self-change in response to stimulation (also referred to as a stimulus in some aspects). According to various embodiments, the security device may include the sensor and a circuit coupled to the sensor. The sensor and the circuit can be coupled in such a way that the circuit is interrupted when a predefined threshold value of the one or more environmental parameters is reached, thus preventing its function. This can be done passively, ie without active control or regulation of the circuit. Clearly, the safety device can be a passive safety device.

Das aktive Material kann ein aktives Element bilden. Das aktive Element kann auch als Aktor bezeichnet werden. Als Aktor bzw. als Aktuator können Bauteile bezeichnet werden, die ein Signal in mechanische Bewegungen bzw. Veränderungen physikalischer Größen umwandeln können. Beispielsweise kann ein Aktor in einem ersten Zustand eine erste Form und in einem zweiten Zustand eine von der ersten Form verschiedene zweite Form haben. Beispielsweise kann der erste Zustand hierin als Grundzustand bzw. deaktivierter Zustand bezeichnet werden. Beispielsweise kann der zweite Zustand hierin als aktivierter Zustand bzw. aktuierter Zustand bezeichnet werden.The active material can form an active element. The active element can also be referred to as an actuator. Components that can convert a signal into mechanical movements or changes in physical variables can be referred to as actuators. For example, an actuator can have a first shape in a first state and a second shape different from the first shape in a second state. For example, the first state may be referred to herein as the default or disabled state. For example, the second state may be referred to herein as an activated state or actuated state.

Das aktive Element kann mehrere (z.B. voneinander verschiedene) aktive Materialien (z.B. verschiedene Hydrogele) aufweisen (siehe zum Beispiel 1F und zugehörige Beschreibung). Beispielsweise können Hydrogele mit verschiedenen Quelleigenschaften kombiniert werden, um kombinierte Sensitivität zu erzielen. Beispielsweise können Hydrogele mit gegenläufigem Quellverhalten verwendet werden, um zwei Schwellwerte zu realisieren.The active element may comprise multiple (e.g. different) active materials (e.g. different hydrogels) (see for example 1F and associated description). For example, hydrogels with different swelling properties can be combined to achieve combined sensitivity. For example, hydrogels with opposing swelling behavior can be used to achieve two threshold values.

Das aktive Material kann ein Material sein, das sich in Abhängigkeit (einer Menge) des einen oder mehreren Umgebungsparameter (z.B. isotrop oder anisotrop) ausdehnt oder zusammenzieht. Dieser Vorgang kann reversibel sein. Das aktive Material kann zum Beispiel ein Formgedächtnismaterial (beispielsweise eine Formgedächtnislegierung oder ein Formgedächtnispolymer) oder ein aktives Polymer, wie beispielsweise ein Hydrogel, aufweisen oder sein. Es wird verstanden, dass das aktive Material jede Art von Material sein kann, welches auf eine Änderung eines Umgebungsstimulus reagiert und daher für den hierin beschriebenen Sensor und die hierin beschriebene Sicherungsvorrichtung eingesetzt werden kann. Es wird verstanden, dass dieses Umgebungsstimulus-sensitive Verhalten auch auf Materialien bzw. Materialklassen zutreffen kann, welche üblicherweise (z.B. im Zusammenhang mit anderen Vorrichtungen) nicht als aktive Materialien bezeichnet werden (z.B. da in diesen Anwendungen das Umgebungsstimulus-sensitive Verhalten nicht aktiv ausgenutzt wird).The active material may be a material that expands or contracts in dependence (a quantity) on the one or more environmental parameters (eg, isotropic or anisotropic). This process can be reversible. The active material may comprise or be, for example, a shape memory material (e.g. a shape memory alloy or a shape memory polymer) or an active polymer such as a hydrogel. It is understood that the active material can be any type of material that responds to a change in an environmental stimulus and can therefore be used for the sensor and security device described herein. It is understood that this environmental stimulus-sensitive behavior also occurs on Materials or material classes may apply, which are usually (eg in connection with other devices) not referred to as active materials (eg because the environmental stimulus-sensitive behavior is not actively exploited in these applications).

Die nichtmechanische Stimulation kann eine thermische Stimulation, eine Stimulation durch elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht), eine physikalische Stimulation und/oder eine chemische Stimulation aufweisen oder sein. Bei einer thermischen Stimulation kann der Umgebungsparameter eine Temperatur sein und das aktive Material kann sich bei zunehmender Temperatur reversibel ausdehnen oder zusammenziehen, und vice versa. Bei einer Stimulation durch Licht kann der Umgebungsparameter eine Menge an einfallendem Licht einer vorbestimmten Wellenlänge oder Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs sein und das aktive Material kann sich bei zunehmender Menge einfallenden Lichts reversibel ausdehnen oder zusammenziehen, und vice versa. Bei einer chemischen Stimulation kann der Umgebungsparameter ein pH-Wert, eine Menge an Wasser oder eine Konzentration eines Stoffes sein und das aktive Material kann sich bei zunehmendem pH-Wert, der Menge an Wasser bzw. der Konzentration des Stoffes reversibel ausdehnen oder zusammenziehen, und vice versa. Der Stoff kann jede Art von in der Umgebung des Sensors zu erfassendem Stoff sein, wie beispielsweise ein Schwermetall, Glukose, ein Wirkstoff (z.B. Insulin oder Adrenalin), ein körpereigener Botenstoff (z.B. ein Neurotransmitter, ein Hormon, mRNA, usw.), etc.The non-mechanical stimulation may include thermal stimulation, stimulation by electromagnetic radiation (e.g. light), physical stimulation and/or chemical stimulation. In thermal stimulation, the environmental parameter can be temperature and the active material can reversibly expand or contract with increasing temperature, and vice versa. When stimulated by light, the environmental parameter may be an amount of incident light of a predetermined wavelength or light of a predetermined range of wavelengths, and the active material may reversibly expand or contract with increasing amount of incident light, and vice versa. With chemical stimulation, the environmental parameter can be pH, amount of water, or concentration of a substance, and the active material can reversibly expand or contract with increasing pH, amount of water, or concentration of substance, and vice versa. The substance can be any type of substance to be detected in the vicinity of the sensor, such as a heavy metal, glucose, an active substance (e.g. insulin or adrenaline), an endogenous messenger substance (e.g. a neurotransmitter, a hormone, mRNA, etc.), etc .

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben, in denen das aktive Material ein Hydrogel ist. Es wird verstanden, dass analog auch andere Materialien als aktives Material verwendet werden können, sofern ein Umgebungsparameter eine Geometrieänderung des Materials hervorrufen kann. Demzufolge kann das das aktive Material aufweisende aktive Element ein Hydrogel-Element sein.Various embodiments are described below in which the active material is a hydrogel. It is understood that other materials can also be used analogously as the active material if an environmental parameter can cause a change in the geometry of the material. Accordingly, the active element comprising the active material can be a hydrogel element.

Es wird verstanden, dass das Hydrogel-Element zusätzlich zu dem Hydrogel bzw. den Hydrogelen (als aktive Komponente) auch ein oder mehrere passive Komponenten aufweisen kann, sofern die Funktion des Hydrogel-Elements dennoch durch das Hydrogel definiert ist.It is understood that the hydrogel element can also have one or more passive components in addition to the hydrogel or hydrogels (as an active component), provided that the function of the hydrogel element is nevertheless defined by the hydrogel.

Als Hydrogel kann ein Gel bezeichnet werden, das ein wasserunlösliches Polymer, das Wasser binden kann, aufweist. Beispielsweise kann das wasserunlösliche Polymer hydrophile Polymerkomponenten aufweisen, wodurch das Polymer in Abhängigkeit eines oder mehrerer Umgebungsparameter Wasser unter Volumenzunahme (auch als Anschwellen bezeichnet) binden kann (auch als aufquellen bezeichnet), ohne seinen stofflichen Zusammenhalt zu verlieren. Analog kann das mittels den hydrophilen Polymerkomponenten gebundene Wasser in Abhängigkeit des einen oder der mehreren Umgebungsparameter Wasser unter Volumenabnahme (auch als Abschwellen bezeichnet) abgegeben werden (auch als entquellen bezeichnet).A gel that has a water-insoluble polymer that can bind water can be referred to as a hydrogel. For example, the water-insoluble polymer can have hydrophilic polymer components, as a result of which the polymer can bind (also referred to as swell) water with an increase in volume (also referred to as swelling), depending on one or more environmental parameters, without losing its material cohesion. Analogously, the water bound by means of the hydrophilic polymer components can be released (also referred to as de-swelling) with a decrease in volume (also referred to as swelling), depending on the one or more environmental parameters.

Beispielsweise kann ein Hydrogel-Element aufgrund des Aufquellens des Polymers seine Form und/oder sein Volumen verändern. Die Form und/oder Volumenänderung kann isotrop oder anisotrop (z.B. entlang einer Vorzugsrichtung gerichtet) sein. Beispielsweise kann sich aufgrund des Aufquellens die geometrische Form nicht ändern, aber seine Größe.For example, a hydrogel element may change shape and/or volume due to swelling of the polymer. The shape and/or volume change can be isotropic or anisotropic (e.g. directed along a preferred direction). For example, due to swelling, the geometric shape may not change, but its size.

Zum Aufquellen kann Flüssigkeit notwendig sein. Beispielsweise kann die Flüssigkeit aus der Luftfeuchtigkeit zum Aufquellen ausreichend sein.Liquid may be needed to swell. For example, the liquid from the humidity in the air can be sufficient for swelling.

Das Hydrogel-Element kann aufgrund der reversiblen und steuerbaren Aufquell-Eigenschaft ein Aktor sein. Das Aufquellen des Hydrogel-Elements kann hierin auch als ein Aktivieren des Hydrogel-Elements bezeichnet werden. Das Aufquellen des Hydrogel-Elements kann durch einen Stimulus, z.B. einen externen Stimulus, verursacht werden. Dieser externe Stimulus kann einem Umgebungsparameter oder mehreren Umgebungsparametern, welcher/welche eine Umgebung des Hydrogel-Elements repräsentieren, zugeordnet sein.The hydrogel element can be an actuator due to the reversible and controllable swelling property. Swelling of the hydrogel element may also be referred to herein as activating the hydrogel element. Swelling of the hydrogel element can be caused by a stimulus, such as an external stimulus. This external stimulus can be associated with one or more environmental parameters that represent an environment of the hydrogel element.

In dem Fall von mehreren Umgebungsparametern kann das Aufquellen oder Entquellen des Hydrogel-Elements entweder von einer Kombination (z.B. einer gewichteten Summe oder einer mehrparametrischen nichtlinearen Funktion) der Umgebungsparameter oder einem (z.B. gewichteten) Verhältnis der Umgebungsparameter abhängig sein. Auch kann das Hydrogel derart eingerichtet sein, dass das Hydrogel mit zunehmender Menge eines Umgebungsparameters aufquillt und mit zunehmender Menge eines anderen Umgebungsparameters entquillt, und vice versa.In the case of multiple environmental parameters, the swelling or deswelling of the hydrogel element may depend on either a combination (e.g. a weighted sum or a multi-parametric non-linear function) of the environmental parameters or a (e.g. weighted) ratio of the environmental parameters. The hydrogel can also be set up in such a way that the hydrogel swells with an increasing amount of one environmental parameter and swells with an increasing amount of another environmental parameter, and vice versa.

Das Aufquellen des Hydrogel-Elements kann reversibel sein. Beispielsweise kann dadurch die Formänderung, die durch das Aufquellen ausgelöst wurde, vollständig oder teilweise rückgängig gemacht werden. Im Folgenden kann dieser Prozess, mit dem das Aufquellen rückgängig gemacht wird, als entquellen oder deaktivieren des Hydrogel-Elements bezeichnet werden. Das Hydrogel-Element kann eingerichtet sein, selbstständig zu entquellen. Aufgrund des Entquellens, kann sich das Volumen des Hydrogel-Elements verringern.The swelling of the hydrogel element can be reversible. For example, the change in shape that was triggered by the swelling can be completely or partially reversed in this way. Hereinafter, this process of reversing the swelling may be referred to as deswelling or deactivating the hydrogel element. The hydrogel element can be set up to de-swell on its own. Due to deswelling, the volume of the hydrogel element may decrease.

1A zeigt einen Sensor 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 1A 10 shows a sensor 100 according to various embodiments.

Der Sensor 100 kann einen elektrischen Leiter 102 aufweisen. Der elektrische Leiter 102 kann zum Beispiel ein Draht sein. Der elektrische Leiter 102 kann aus jeder Art von elektrisch leitfähigem Material bestehen. Zum Beispiel kann der elektrische Leiter 102 ein Metall oder eine Metalllegierung aufweisen oder daraus bestehen. Der elektrische Leiter 102 kann ein Edelmetall aufweisen oder daraus bestehen. Dies kann beispielsweise eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit und geeignete Eigenschaften für die Verbindung mit dem aktiven Material bereitstellen (z.B. kann das Edelmetall Gold sein, welches äußerst korrosionsbeständig ist und aufgrund der Möglichkeit zur Oberflächenbeschichtung mit Gold-Thiol-Bindung die verbesserte Anbindung des aktiven Materials erhöhen kann). Der elektrische Leiter 102 kann ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise dotiertes Silizium aufweisen oder daraus bestehen. Der elektrische Leiter 102 kann ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymere (z.B. Polypyrrol) aufweisen oder daraus bestehen. Der elektrische Leiter 102 kann Kohlenstoff-Verbindungen (z.B. Kohlenstoffnanoröhrchen) aufweisen oder daraus bestehen. Der elektrische Leiter 102 kann selbstassemblierende monomolekulare Leiter/Halbleiterpolymere aufweisen oder daraus bestehen. Der elektrische Leiter 102 kann MetallOrganische Gerüste aufweisen oder daraus bestehen. Es wird verstanden, dass es sich hierbei lediglich um veranschaulichende Materialien handelt und dass der elektrische Leiter 102 jedes andere elektrisch leitfähige Material aufweisen oder daraus bestehen kann.The sensor 100 can have an electrical conductor 102 . The electrical conductor 102 can be a wire, for example. The electrical conductor 102 can be any type of electrically conductive material. For example, the electrical conductor 102 may include or consist of a metal or metal alloy. The electrical conductor 102 can include or consist of a precious metal. This can provide, for example, increased corrosion resistance and suitable properties for connection to the active material (e.g. the noble metal can be gold, which is highly corrosion-resistant and, due to the possibility of surface coating with gold-thiol bond, can increase the improved connection of the active material) . The electrical conductor 102 may include or consist of a semiconductor material such as doped silicon. The electrical conductor 102 can have or consist of one or more electrically conductive polymers (eg polypyrrole). The electrical conductor 102 can have or consist of carbon compounds (eg carbon nanotubes). The electrical conductor 102 may include or consist of self-assembling monomolecular conductor/semiconductor polymers. The electrical conductor 102 can have or consist of metal-organic frameworks. It is understood that these are only illustrative materials and that the electrical conductor 102 may include or be made of any other electrically conductive material.

Der Sensor 100 kann ein Hydrogel-Element 104 aufweisen. Der elektrische Leiter 102 kann in das Hydrogel-Element 104 zumindest abschnittsweise eingebettet sein. Zum Beispiel kann ein Abschnitt des elektrischen Leiters 102 vollumfänglich von dem Hydrogel-Element 104 umgeben sein.The sensor 100 may include a hydrogel element 104 . The electrical conductor 102 can be embedded in the hydrogel element 104 at least in sections. For example, a portion of the electrical conductor 102 can be completely surrounded by the hydrogel element 104 .

Wie hierin beschrieben, kann das Hydrogel-Element 104 ein Hydrogel aufweisen, welches in Abhängigkeit ein oder mehrerer Umgebungsparameter, welche einen Zustand in der Umgebung des Sensors 100 repräsentieren, aufquillt oder entquillt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor 100 eingerichtet sein, die ein oder mehreren Umgebungsparameter innerhalb eines vordefinierten Wertebereichs zu erfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Sensor 100 als (reversibler oder irreversibler) Schwellenwertsensor zum Erfassen eines vordefinierten Schwellenwertes der ein oder mehreren Umgebungsparameter eingerichtet sein.As described herein, the hydrogel element 104 may comprise a hydrogel that swells or de-swells depending on one or more environmental parameters representing a condition in the vicinity of the sensor 100 . According to various embodiments, the sensor 100 can be set up to detect the one or more environmental parameters within a predefined value range. Additionally or alternatively, the sensor 100 can be set up as a (reversible or irreversible) threshold value sensor for detecting a predefined threshold value of the one or more environmental parameters.

Zum Beispiel kann der elektrische Leiter 102 derart eingerichtet sein, dass eine auf den elektrischen Leiter 102 wirkende Zugbeanspruchung eine elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters 102 verändert. Die elektrische Charakteristik kann zum Beispiel ein elektrischer Widerstand, eine elektrische Leitfähigkeit, eine Strom-Spannungs-Charakteristik, etc. sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Hydrogel-Element 104 und der elektrische Leiter 102 derart eingerichtet sein, dass ein Aufquellen des Hydrogel-Elements 104 eine Zugbeanspruchung des elektrischen Leiters 102 in dessen Längsrichtung (in Richtung 11 bzw. -11) erhöht bzw. dass ein Entquellen des Hydrogel-Elements 104 die Zugbeanspruchung des elektrischen Leiters 102 in dessen Längsrichtung verringert. Das Hydrogel-Element 104 kann derart ausgewählt sein, dass dieses mit Zunahme der Menge der ein oder mehreren Umgebungsparameter aufquillt oder entquillt, und vice versa. Das Maß des Aufquellens bzw. Entquellens kann eine Funktion der Menge der ein oder mehreren Umgebungsparameter sein. Demzufolge kann die auf den elektrischen Leiter 102 wirkende Zugspannung eine Funktion der Menge der ein oder mehreren Umgebungsparameter sein. Die elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters 102 kann eine Funktion der auf den elektrischen Leiter 102 wirkenden Zugspannung sein, so dass die elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters 102 eine Funktion der Menge der ein oder mehreren Umgebungsparameter sein kann. Folglich kann die elektrische Charakteristik auf die Menge der ein oder mehreren Umgebungsparameter abgebildet werden, so dass die Menge der ein oder mehreren Umgebungsparameter durch Erfassen der elektrischen Charakteristik detektiert werden kann. Hierbei kann der Sensor 100 zum Beispiel verwendet werden, um die Menge der der ein oder mehreren Umgebungsparameter innerhalb eines vordefinierten Mengenbereiches zu erfassen. Anschaulich kann der Sensor 100 auf diese Weise Werte der ein oder mehreren Umgebungsparameter innerhalb eines vordefinierten Wertebereichs erfassen.For example, the electrical conductor 102 can be set up in such a way that a tensile stress acting on the electrical conductor 102 changes an electrical characteristic of the electrical conductor 102 . The electrical characteristic can be an electrical resistance, an electrical conductivity, a current-voltage characteristic, etc., for example. According to various embodiments, the hydrogel element 104 and the electrical conductor 102 can be set up in such a way that swelling of the hydrogel element 104 increases a tensile stress on the electrical conductor 102 in its longitudinal direction (in direction 11 or −11) or that swelling is removed of the hydrogel element 104 reduces the tensile stress of the electrical conductor 102 in its longitudinal direction. The hydrogel member 104 may be selected to swell or de-swell as the amount of the one or more environmental parameters increases, and vice versa. The degree of swelling or deswelling may be a function of the amount of the one or more environmental parameters. Accordingly, the tensile stress acting on the electrical conductor 102 may be a function of the set of one or more environmental parameters. The electrical characteristic of the electrical conductor 102 may be a function of the tensile stress acting on the electrical conductor 102, such that the electrical characteristic of the electrical conductor 102 may be a function of the set of one or more environmental parameters. Consequently, the electrical characteristic can be mapped to the set of the one or more environmental parameters, such that the set of the one or more environmental parameters can be detected by sensing the electrical characteristic. Here, the sensor 100 can be used, for example, to detect the quantity of the one or more environmental parameters within a predefined quantity range. In this way, the sensor 100 can clearly detect values of the one or more environmental parameters within a predefined value range.

Ein hierin beschriebener Umgebungsparameter kann zum Beispiel eine Menge an Wasser sein. Zum Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit zunehmender Menge an Wasser (weiter) aufquellen.For example, an environmental parameter described herein may be an amount of water. For example, the hydrogel member 104 may swell (further) with an increasing amount of water.

Ein Umgebungsparameter kann eine Menge einfallender elektromagnetischer Strahlung (z.B. Licht) sein. Zum Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit zunehmender Menge an einfallendem Licht aufquellen oder entquellen. Das Hydrogel-Element 104 kann beispielsweise PNIPAAm-co-chlorophyllin als licht-sensitives Hydrogel aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektromagnetische Strahlung einem elektromagnetischen Signal zur Steuerung des Schaltkreises zugeordnet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das aktive Element zur elektromagnetischen Beeinflussung Partikel beinhalten (z.B. modifizierte oder unmodifizierte Eisenpartikel).An environmental parameter can be an amount of incident electromagnetic radiation (e.g. light). For example, the hydrogel element 104 may swell or de-swell with an increasing amount of incident light. The hydrogel element 104 can have, for example, PNIPAAm-co-chlorophyllin as the light-sensitive hydrogel. According to various embodiments, the electromagnetic radiation can be associated with an electromagnetic signal for controlling the circuit. According to various embodiments, the active electromagnetic influencing element may include particles (e.g., modified or unmodified iron particles).

Ein Umgebungsparameter kann ein pH-Wert sein. Zum Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit größer werdenden pH-Wert aufquellen oder entquellen. Das Hydrogel-Element 104 kann beispielsweise vernetztes Polyvinylalkohol (PVA) und Polyacrylsäure (PAA) als pH-sensitives Hydrogel aufweisen. Das Hydrogel-Element 104 kann beispielsweise vernetztes 2-(Dimethylamino)-N-Ethyl-Acrylamid (DMAAAm) als pH-sensitives Hydrogel aufweisen.An environmental parameter can be a pH value. For example, the hydrogel element 104 may swell or de-swell as the pH increases. The hydrogel element 104 can comprise, for example, crosslinked polyvinyl alcohol (PVA) and polyacrylic acid (PAA) as a pH-sensitive hydrogel. The hydrogel element 104 can have, for example, crosslinked 2-(dimethylamino)-N-ethylacrylamide (DMAAAm) as a pH-sensitive hydrogel.

Ein Umgebungsparameter kann eine Temperatur sein. Zum Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit steigender Temperatur aufquellen oder entquellen. Das Hydrogel-Element 104 kann beispielsweise poly(N-Isopropyl-Acrylamid) (PNiPAAm) als temperaturempfindliches Hydrogel aufweisen. Das Hydrogel-Element 104 kann beispielsweise ein Copolymer aus Hydroxyethyl-methacrylat (HEMA)und Acetoacetoxyethylmethacrylat (AAEM) als temperaturempfindliches Hydrogel aufweisen.An environmental parameter can be a temperature. For example, the hydrogel element 104 may swell or de-swell as the temperature increases. The hydrogel element 104 can have, for example, poly(N-isopropylacrylamide) (PNiPAAm) as the temperature-sensitive hydrogel. The hydrogel element 104 can include, for example, a copolymer of hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and acetoacetoxyethyl methacrylate (AAEM) as the temperature-sensitive hydrogel.

Ein Umgebungsparameter kann eine Konzentration eines Stoffes sein. Zum Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit zunehmender Konzentration des Stoffes aufquellen oder entquellen. Der Sensor 100 kann zum Beispiel im menschlichen oder tierischen Körper eingesetzt werden. Der Stoff kann beispielsweise ein Schwermetall, Glukose oder ein Wirkstoff sein. Ein Wirkstoff kann eine körpereigene oder körperfremde Substanz sein, die in biologische Vorgänge eingreift oder als Arzneimittel wirkt. Der Wirkstoff kann zum Beispiel Insulin oder Adrenalin sein. Das Hydrogel-Element 104 kann beispielsweise Polyacrylamid-Co-Polyacrylsäure (PAM-co-PAA) als Ionen-sensitives Hydrogel aufweisen. Das Hydrogel-Element 104 kann beispielsweise ein Copolymer aus Acrylamid (AAm) mit Phenylboronsäure (PBA) als pH- und Zucker-sensitives Hydrogel aufweisen. Das Hydrogel-Element 104 kann beispielsweise pNIPAAm als Alkohol-sensitives Hydrogel aufweisen.An environmental parameter can be a concentration of a substance. For example, the hydrogel element 104 may swell or de-swell as the concentration of the substance increases. The sensor 100 can be used in the human or animal body, for example. The substance can be, for example, a heavy metal, glucose or an active substance. An active ingredient can be an endogenous or exogenous substance that interferes with biological processes or acts as a drug. The active substance can be, for example, insulin or adrenaline. The hydrogel element 104 can have, for example, polyacrylamide-co-polyacrylic acid (PAM-co-PAA) as the ion-sensitive hydrogel. The hydrogel element 104 can comprise, for example, a copolymer of acrylamide (AAm) with phenylboronic acid (PBA) as a pH and sugar-sensitive hydrogel. The hydrogel element 104 can have pNIPAAm as an alcohol-sensitive hydrogel, for example.

Zum Beispiel kann der Sensor 100 sensitiv für zwei oder mehr Umgebungsparameter sein. In einem Beispiel kann der Sensor 100 eingerichtet sein, eine Entzündung in einem (menschlichen oder tierischen) Körper zu erfassen. Eine Entzündung kann mit einer erhöhten Körpertemperatur und einer erhöhten Konzentration an Leukozyten und/oder C-reaktiven Proteinen einhergehen. Hierbei kann das Hydrogel-Element 104 mit zunehmender Temperatur und zunehmender Konzentration der Leukozyten und/oder C-reaktiven Proteine aufquellen.For example, the sensor 100 can be sensitive to two or more environmental parameters. In an example, the sensor 100 can be configured to detect an inflammation in a (human or animal) body. Inflammation can be associated with increased body temperature and an increased concentration of leukocytes and/or C-reactive proteins. Here, the hydrogel element 104 can swell with increasing temperature and increasing concentration of leukocytes and/or C-reactive proteins.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Hydrogel-Element 104 sensitiv auf einen vordefinierten Wertebereich bzw. Mengenbereich des jeweiligen Umgebungsparameters sein. Zum Beispiel kann das Aufquellen/Entquellen des Hydrogel-Elements 104 bei einer vordefinierten Menge an einfallendem Licht beginnen und/oder bei einer vordefinierten Menge an einfallendem Licht enden. Zum Beispiel kann das Aufquellen/Entquellen des Hydrogel-Elements 104 bei einem vordefinierten pH-Wert, einem vordefinierten Temperaturwert und/oder einer vordefinierten Konzentration eines Stoffes beginnen und/oder enden.According to various embodiments, the hydrogel element 104 can be sensitive to a predefined value range or quantity range of the respective environmental parameter. For example, the swelling/de-swelling of the hydrogel element 104 can begin at a predefined amount of incident light and/or end at a predefined amount of incident light. For example, the swelling/de-swelling of the hydrogel element 104 can begin and/or end at a predefined pH value, a predefined temperature value, and/or a predefined concentration of a substance.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Geometrieänderung (das Aufquellen bzw. Entquellen) des Hydrogel-Elements 104 von mehreren (vordefinierten) Umgebungsparametern abgängig sein. In diesem Fall kann das Aufquellen/Entquellen von einem (z.B. gewichteten) Verhältnis oder einer (z.B. gewichteten) Kombination (z.B. Summe (aus Addition oder Subtraktion)) der mehreren Umgebungsparameter abhängig sein. In einem Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit zunehmender Menge eines ersten Umgebungsparameters und mit zunehmender Menge eines zweiten Umgebungsparameters aufquellen oder entquellen. In einem anderen Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit zunehmender Menge eines ersten Umgebungsparameters aufquellen und mit zunehmender Menge eines zweiten Umgebungsparameters entquellen.According to various embodiments, the change in geometry (the swelling or deswelling) of the hydrogel element 104 can be dependent on a number of (predefined) environmental parameters. In this case, the swelling/de-swelling may depend on a (e.g. weighted) ratio or a (e.g. weighted) combination (e.g. sum (from addition or subtraction)) of the multiple environmental parameters. In one example, the hydrogel member 104 may swell or de-swell as the amount of a first environmental parameter increases and as the amount of a second environmental parameter increases. In another example, the hydrogel member 104 may swell with increasing amount of a first environmental parameter and de-swell with increasing amount of a second environmental parameter.

Die Länge, 1 (in Richtung 11) des Abschnitts des elektrischen Leiters 102, welcher in das Hydrogel-Element 104 eingebettet ist, kann größer sein als (z.B. mindestens dreimal so groß wie, z.B. mindestens fünfmal so groß wie, z.B. mindestens zehnmal so groß wie, etc.) als die (maximale) Ausdehnung, d, des Hydrogel-Elements 104 senkrecht zu dem elektrischen Leiter 102. Zum Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 zylinderförmig sein (z.B. mit einer Längserstreckung parallel zu dem elektrischen Leiter 102 (z.B. in Richtung 11)). Die Grundfläche des Zylinders kann ein Kreis, eine Ellipse oder ein n-Eck (mit n ≥ 3) sein. Die Ausdehnung, d, des Hydrogel-Elements 104 senkrecht zu dem elektrischen Leiter 102 kann eine maximale Ausdehnung des Hydrogel-Elements sein. In dem Fall einer kreisförmigen Grundfläche des Zylinders kann die maximale Ausdehnung, d, des Hydrogel-Elements 104 senkrecht zu dem elektrischen Leiter 102 ein Durchmesser des Kreises sein. In dem Fall einer ellipsenförmigen Grundfläche des Zylinders kann die maximale Ausdehnung, d, des Hydrogel-Elements 104 senkrecht zu dem elektrischen Leiter 102 die Hauptachse der Ellipse sein. Der in 1A beispielhaft dargestellte Sensor 100 ist kreiszylinderförmig. Durch die Zylinderform kann zum Beispiel auch durch isotrope Volumenzunahme des Hydrogel-Elements 104 eine Zugbeanspruchung des elektrischen Leiters 102 induziert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Hydrogel-Element 104 rotationssymmetrisch um den elektrischen Leiter 102 herum angeordnet sein. Alternativ kann der elektrische Leiter 102 zu der Rotationsachse des Hydrogel-Elements 104 parallelverschoben sein. Analog kann die Längserstreckung des elektrischen Leiters 102 für nichtrotationssymmetrische Zylinderformen des Hydrogel-Elements 104 im Wesentlichen mit der Mittelpunkts-Längsachse übereinstimmen oder parallelverschoben zu dieser sein. Der elektrische Leiter 102 kann als linearer Leiter (z.B. als linearer Draht) ausgebildet sein oder kann (z.B. zum Vergrößern der durch die Geometrieänderung induzierten Veränderung der elektrischen Charakteristik) einen mäandrierenden Verlauf (z.B. einen mäandrierenden Draht) aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Form und das Volumen des Hydrogel-Elements 104 in Abhängigkeit des Hydrogel-Materials, der zu erfassenden ein oder mehreren Umgebungsparametern, des gewünschten Detektionsbereichs, in dem die Menge der ein oder mehreren Umgebungsparameter erfasst werden soll, dem Material des elektrischen Leiters 102 und/oder dem Durchmesser des elektrischen Leiters 102 ausgewählt werden. Zum Beispiel kann die Auswahl derart erfolgen, dass Werte der ein oder mehreren Umgebungsparameter innerhalb eines vordefinierten Wertebereiches (z.B. Mengenbereiches) erfasst werden können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor 100 ein Schwellenwertsensor sein oder als Schwellenwertsensor verwendet werden. Zum Beispiel kann die voranstehende Auswahl im Falle eines Schwellenwertsensors derart erfolgen, dass die jeweiligen Funktionsweisen der im Folgenden beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen des Sensors 100 als (reversibler oder irreversibler) Schwellenwertsensor bereitgestellt werden.The length 1 (in direction 11) of the portion of the electrical conductor 102 embedded in the hydrogel element 104 may be greater than (e.g., at least three times, e.g., at least five times, e.g., at least ten times like, etc.) as the (maximum) extent, d, of the hydrogel element 104 perpendicular to the electrical conductor 102. For example, the hydrogel element 104 can be cylindrical (e.g. with a longitudinal extent parallel to the electrical conductor 102 (e.g. in Direction 11)). The base of the cylinder can be a circle, an ellipse or an n-gon (with n ≥ 3). The dimension, d, of the hydrogel element 104 perpendicular to the electrical conductor 102 may be a maximum dimension of the hydrogel element. In the case of a circular cylinder base, the maximum dimension, d, of the hydrogel element 104 perpendicular to the electrical conductor 102 may be a diameter of the circle. In the case of an elliptical base of the cylinder, the maximum dimension, d, of the hydrogel element 104 perpendicular to the electrical conductor 102 may be the major axis of the ellipse. the inside 1A Sensor 100 shown as an example is circular-cylindrical. Due to the cylindrical shape, for example, a tensile stress of the electrical conductor 102 can also be induced by an isotropic increase in volume of the hydrogel element 104 . According to various embodiments, the hydrogel element 104 can be arranged rotationally symmetrically around the electrical conductor 102 . Alternatively, the electrical conductor 102 to the axis of rotation of the hydro gel elements 104 be shifted in parallel. Analogously, the longitudinal extent of the electrical conductor 102 for non-rotationally symmetrical cylindrical shapes of the hydrogel element 104 can essentially correspond to the central longitudinal axis or be shifted parallel to it. The electrical conductor 102 can be embodied as a linear conductor (eg as a linear wire) or can have a meandering course (eg a meandering wire) (eg to increase the change in the electrical characteristic induced by the change in geometry). According to various embodiments, the shape and the volume of the hydrogel element 104 depending on the hydrogel material, the one or more environmental parameters to be detected, the desired detection area in which the amount of one or more environmental parameters is to be detected, the material of the electrical Head 102 and / or the diameter of the electrical conductor 102 are selected. For example, the selection can be made in such a way that values of the one or more environmental parameters can be recorded within a predefined value range (eg quantity range). According to various embodiments, the sensor 100 can be a threshold sensor or can be used as a threshold sensor. For example, in the case of a threshold sensor, the above selection can be made such that the respective functionalities of the exemplary embodiments of the sensor 100 described below as a (reversible or irreversible) threshold sensor are provided.

Ist die Längserstreckung des elektrischen Leiters 102 im Vergleich zur Mittelpunkts-Längsachse des Hydrogel-Elements 104 verschoben (z.B. parallelverschoben), so kann dies bei Aufquellen des Hydrogel-Elements 104 neben der hierin beschriebenen Zugbeanspruchung auch zu einer Biegung (z.B. Durchbiegung) des elektrischen Leiters 102 führen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrische Leiter 102 derart eingerichtet sein, dass die Biegung des elektrischen Leiters 102 dessen elektrische Charakteristik verändert.If the longitudinal extent of the electrical conductor 102 is shifted (e.g. parallel shifted) compared to the central longitudinal axis of the hydrogel element 104, this can result in the electrical conductor bending (e.g. sagging) in addition to the tensile stress described herein when the hydrogel element 104 swells 102 lead. According to various embodiments, the electrical conductor 102 can be set up in such a way that the bending of the electrical conductor 102 changes its electrical characteristics.

i) irreversibler Schwellenwertsensori) irreversible threshold sensor

Der Sensor 100 kann ein irreversibler Schwellenwertsensor sein oder als solcher verwendet werden. Wie hierin beschrieben, können das Maß des Aufquellens des Hydrogel-Elements 104 und die dadurch erzeugte Zugbeanspruchung des elektrischen Leiters 102 eine Funktion der Menge der ein oder mehreren Umgebungsparameter (z.B. ein gewichtetes Verhältnis oder eine gewichtete Kombination im Falle von mehreren Umgebungsparametern) sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der in das Hydrogel-Element 104 eingebettete Abschnitt des elektrischen Leiter 102 einteilig sein. Mit Bezug auf 1B kann die durch das Aufquellen des Hydrogel-Elements 104 erzeugte Zugbeanspruchung mindestens zu einer ersten Zugspannung, σ₁, , und einer zweiten Zugspannung, σ₂ , führen, welche einer entgegengesetzt wirken. Die erste Zugspannung, σ₁ , und die zweite Zugspannung, σ₂ , können in entgegengesetzte Richtung von dem Mittelpunkt, M, des in das Hydrogel-Element 104 eingebetteten Abschnitts des elektrischen Leiters 102 wirken. Das Hydrogel-Element 104 und der elektrische Leiter 102 können derart eingerichtet sein, dass die auf den elektrischen Leiter 102 wirkende Zugbeanspruchung bei einem vordefinierten Schwellenwert der ein oder mehreren Umgebungsparameter die Bruchfestigkeit des elektrischen Leiters 102 übersteigt, so dass der elektrische Leiter 102 reißt. Anschaulich kann, wie hierin beschrieben, das Hydrogel-Element 104 mit einem zunehmenden oder abnehmenden Wert, welcher die ein oder mehreren Umgebungsparameter charakterisiert, aufquellen und so eine Zugbeanspruchung des elektrischen Leiters 102 induzieren, wobei, sobald der die ein oder mehreren Umgebungsparameter charakterisierende Wert über einen vordefinierten Schwellenwert steigt (im Falle des Aufquellens mit zunehmendem Wert) bzw. unter einen vordefinierten Schwellenwert fällt (im Falle des Aufquellens mit abnehmendem Wert), diese Zugbeanspruchung größer ist als die Bruchfestigkeit des elektrischen Leiters 102 und der elektrische Leiter 102 reißt. Dies ist beispielhaft in 1C veranschaulicht. Der gerissene elektrische Leiter 102 kann einen ersten Abschnitt 102(1) und einen zweiten Abschnitt 102(2) aufweisen, welchen in dem Gerissen-Zustand in einem Abstand 108 zueinander angeordnet sind, so dass der physische und elektrische Kontakt zwischen den Abschnitten 102(1), 102(2) unterbrochen ist bzw. wird. Anschaulich kann sich die elektrische Charakteristik des elektrischen Leiters 102 bei einem vordefinierten Schwellenwert ein oder mehreren Umgebungsparameter derart verändern, dass die elektrische Leitfähigkeit abrupt unterbrochen wird. Auf diese Weise kann der Sensor 100 als irreversibler Schwellenwertsensor verwendet werden.The sensor 100 may be or be used as an irreversible threshold sensor. As described herein, the degree of swelling of the hydrogel element 104 and the resulting tension in the electrical conductor 102 may be a function of the set of the one or more environmental parameters (eg, a weighted ratio or combination in the case of multiple environmental parameters). According to various embodiments, the portion of the electrical conductor 102 embedded in the hydrogel element 104 may be in one piece. Regarding 1B For example, the tensile stress created by the swelling of the hydrogel element 104 can result in at least a first tensile stress, σ ₁ , and a second tensile stress, σ ₂ , acting in opposition to one another. The first tensile stress, σ ₁ , and the second tensile stress, σ ₂ , may act in opposite directions from the midpoint, M, of the portion of the electrical conductor 102 embedded in the hydrogel member 104 . The hydrogel element 104 and the electrical conductor 102 can be configured such that the tensile stress acting on the electrical conductor 102 exceeds the breaking strength of the electrical conductor 102 at a predefined threshold value of the one or more environmental parameters, such that the electrical conductor 102 ruptures. Clearly, as described herein, the hydrogel element 104 can swell with an increasing or decreasing value characterizing the one or more environmental parameters and thus induce a tensile stress on the electrical conductor 102, wherein as soon as the value characterizing the one or more environmental parameters exceeds a predefined threshold increases (in the case of swelling with increasing value) or falls below a predefined threshold (in the case of swelling with decreasing value), this tensile stress is greater than the breaking strength of the electrical conductor 102 and the electrical conductor 102 breaks. This is an example in 1C illustrated. The cracked electrical conductor 102 may include a first portion 102(1) and a second portion 102(2) which in the cracked condition are spaced apart a distance 108 such that physical and electrical contact between the portions 102(1 ), 102(2) is interrupted. The electrical characteristics of the electrical conductor 102 can clearly change at a predefined threshold value of one or more environmental parameters in such a way that the electrical conductivity is abruptly interrupted. In this way, the sensor 100 can be used as an irreversible threshold sensor.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Drucksteifigkeit des Hydrogel-Elements 104 größer sein als die Bruchfestigkeit des elektrischen Leiters 102. Auf diese Weise kann die durch das Aufquellen des Hydrogel-Element 104 in Längsrichtung des elektrischen Leiters 102 erzeugte Zugbeanspruchung (σ₁, σ₂) erhöht werden.According to various embodiments, the compressive stiffness of the hydrogel element 104 can be greater than the breaking strength of the electrical conductor 102. In this way, the tensile stress (σ ₁ , σ ₂ ) generated by the swelling of the hydrogel element 104 in the longitudinal direction of the electrical conductor 102 can be increased become.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Drucksteifigkeit des Hydrogel-Elements 104 kleiner sein als die Bruchfestigkeit des elektrischen Leiters 102. Dieser Unterschied kann beispielsweise durch Anpassung des Flächenverhältnisses im Querschnitt ausgeglichen werden.According to various embodiments, the compressive stiffness of the hydrogel element 104 can be less than the breaking strength of the electrical conductor 102. This difference can be compensated for, for example, by adjusting the area ratio in the cross section.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrische Leiter 102 eine Soll-Bruchstelle aufweisen. Die Soll-Bruchstelle kann beispielsweise im Wesentlichen in dem Mittelpunkt, M, des in das Hydrogel-Element 104 eingebetteten Abschnitts des elektrischen Leiters 102 sein. Allerdings kann die Soll-Bruchstelle auch an einer anderen Stelle des in das Hydrogel-Element 104 eingebetteten Abschnitts des elektrischen Leiters 102 sein. Die Soll-Bruchstelle kann zum Beispiel eine Kerbe (z.B. eckig oder abgerundet) oder einen Riss aufweisen. Anschaulich kann die Soll-Bruchstelle ähnlich zu der Soll-Bruchstelle beim Zugversuch sein. Auch kann die Soll-Bruchstelle ein anderes Material als der Rest des elektrischen Leiters 102 aufweisen, wobei das andere Material eine geringere Bruchfestigkeit aufweist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die voranstehend beschriebene Biegung des elektrischen Leiters 102 das Reißen bzw. Brechen des elektrischen Leiters 102 an der Soll-Bruchstelle unterstützen.According to various embodiments, the electrical conductor 102 can have a predetermined breaking point. For example, the predetermined breaking point may be substantially at the midpoint, M, of the portion of the electrical conductor 102 embedded in the hydrogel member 104 . However, the predetermined breaking point can also be at a different point of the section of the electrical conductor 102 embedded in the hydrogel element 104 . The predetermined breaking point can, for example, have a notch (eg angular or rounded) or a crack. Clearly, the predetermined breaking point can be similar to the predetermined breaking point in the tensile test. The predetermined breaking point can also have a different material than the rest of the electrical conductor 102, with the other material having a lower breaking strength. According to various embodiments, the bending of the electrical conductor 102 described above can support the tearing or breaking of the electrical conductor 102 at the predetermined breaking point.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Hydrogel-Element 104 und der elektrische Leiter 102 derart eingerichtet sein, dass in dem Entquollen-Zustand des Hydrogel-Elements 104 (also in dem Zustand, in dem das Hydrogel-Element 104 nicht aufgequollen ist) eine Zugspannung auf den in das Hydrogel-Element 104 eingebetteten Abschnitt des elektrischen Leiters 102 wirkt, die größer ist oder gleich 10 MPa ist. Anschaulich kann der elektrische Leiter 102 mechanisch vorgespannt (auch als zug-vorgespannt bezeichnet) sein. Dies kann dazu führen, dass der Abstand 108 in dem Gerissen-Zustand des elektrischen Leiters 102 größer ist als wenn der elektrische Leiter 102 nicht vorgespannt wäre. Dies kann zum Beispiel verhindern, dass der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Abschnitt 102(1) und dem zweiten Abschnitt 102(2) nach dem Reißen erneut hergestellt wird.According to various embodiments, the hydrogel element 104 and the electrical conductor 102 can be set up such that in the deswollen state of the hydrogel element 104 (ie in the state in which the hydrogel element 104 is not swollen) a tensile stress is applied to the acts on the portion of the electrical conductor 102 embedded in the hydrogel member 104, which is greater than or equal to 10 MPa. Clearly, the electrical conductor 102 can be mechanically prestressed (also referred to as tensile prestressed). This may result in the gap 108 being larger in the broken condition of the electrical conductor 102 than if the electrical conductor 102 were not prestressed. For example, this may prevent electrical contact between the first portion 102(1) and the second portion 102(2) from being reestablished after the tear.

Anschaulich kann der als irreversibler Schwellenwertsensor ausgeführte Sensor 100 als Sicherung verwendet werden oder eine Sicherung sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor 100 als Sicherung eines (elektrischen) Schaltkreises dienen (siehe zum Beispiel 2A bis 2D und zugehörige Beschreibung).Clearly, the sensor 100 designed as an irreversible threshold value sensor can be used as a fuse or can be a fuse. According to various embodiments, the sensor 100 can serve as a fuse for an (electrical) circuit (see for example FIG 2A until 2D and associated description).

ii) reversibler Schwellenwertsensorii) reversible threshold sensor

Der Sensor 100 kann ein reversibler Schwellenwertsensor sein oder als solcher verwendet werden. In diesem Fall kann der elektrische Leiter 102 auch in dem Entquollen-Zustand (siehe 1B) einen ersten Abschnitt 102(1) und einen zweiten Abschnitt 102(2) aufweisen. Der erste Abschnitt 102(1) und der zweite Abschnitt 102(2) des elektrischen Leiters 102 können separate elektrische Leiter sein, welche zusammen den elektrischen Leiter 102 bilden. Anschaulich kann der erste Abschnitt 102(1) des elektrischen Leiters 102 ein Draht sein und der zweite Abschnitt 102(2) des elektrischen Leiters 102 kann ein anderer Draht sein. Das Hydrogel-Element 104 und der elektrische Leiter 102 können derart eingerichtet sein, dass sich der erste Abschnitt 102(1) und der zweite Abschnitt 102(2) berühren (z.B. in dem Mittelpunkt, M, oder einem anderen Punkt des in das Hydrogel-Element 104 eingebetteten Abschnitts des elektrischen Leiters 102). Wenn sich, wie hierin beschrieben, zwei Abschnitte eines elektrischen Leiters berühren, dann kann verstanden werden, dass die zwei Abschnitt des elektrischen Leiters in physischem und elektrischen Kontakt sind. Das Hydrogel-Element 104 und der elektrische Leiter 102 können derart eingerichtet sein, dass, wenn das Hydrogel-Element 104 aufquillt, sich der erste Abschnitt 102(1) und der zweite Abschnitt 102(2) voneinander wegbewegen (z.B. der erste Abschnitt 102(1) in Richtung -11 und der zweite Abschnitt 102(2) in Richtung 11). Wie hierin beschrieben, kann das Hydrogel-Element 104 mit einem zunehmenden Wert oder einem abnehmenden Wert ein oder mehreren Umgebungsparameter aufquellen. Das Hydrogel-Element 104 und der elektrische Leiter 102 können derart eingerichtet sein, dass bei Erreichen eines die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierenden vordefinierten Schwellenwertes der physische und elektrische Kontakt zwischen dem ersten Abschnitt 102(1) und dem zweiten Abschnitt 102(2) unterbrochen wird (siehe zum Beispiel Abstand 108 in 1C). Im Gegensatz zu der irreversiblen Ausführung des Sensor 100 können das Hydrogel-Element 104 und der elektrische Leiter 102 derart eingerichtet sein, dass sich der erste Abschnitt 102(1) und der zweite Abschnitt 102(2) erneut berühren, wenn das Hydrogel-Element 104 entquillt. Anschaulich kann derart bei Überschreiten/Unterschreiten eines Schwellenwertes eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 102(1) und dem zweiten Abschnitt 102(2) (reversibel) unterbrochen werden und bei anschließendem Unterschreiten/Überschreiten des Schwellenwertes erneut hergestellt werden.The sensor 100 can be or can be used as a reversible threshold sensor. In this case, the electrical conductor 102 can also be in the deswollen state (see FIG 1B) having a first portion 102(1) and a second portion 102(2). The first portion 102( 1 ) and the second portion 102( 2 ) of the electrical conductor 102 may be separate electrical conductors that together form the electrical conductor 102 . Illustratively, the first portion 102(1) of the electrical conductor 102 may be one wire and the second portion 102(2) of the electrical conductor 102 may be another wire. The hydrogel element 104 and the electrical conductor 102 can be configured such that the first section 102(1) and the second section 102(2) touch (e.g. at the midpoint, M, or other point of the Element 104 embedded portion of the electrical conductor 102). As described herein, when two portions of an electrical conductor touch, then the two portions of electrical conductor can be understood to be in physical and electrical contact. The hydrogel member 104 and electrical conductor 102 may be configured such that when the hydrogel member 104 swells, the first portion 102(1) and the second portion 102(2) move away from each other (e.g., the first portion 102( 1) in direction -11 and the second section 102(2) in direction 11). As described herein, the hydrogel member 104 may swell with an increasing or decreasing value of one or more environmental parameters. The hydrogel element 104 and the electrical conductor 102 can be arranged in such a way that upon reaching a predefined threshold value representing one or more environmental parameters, the physical and electrical contact between the first section 102(1) and the second section 102(2) is broken (see for example distance 108 in 1C ). In contrast to the irreversible design of the sensor 100, the hydrogel element 104 and the electrical conductor 102 can be set up in such a way that the first section 102(1) and the second section 102(2) touch again when the hydrogel element 104 swells. Clearly, when a threshold value is exceeded/undershot, an electrical connection between the first section 102(1) and the second section 102(2) can be (reversibly) interrupted and then re-established if the threshold value is then undershot/exceeded.

In einem Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit einem zunehmenden (also größer werdenden) Wert, welcher die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentiert, aufquellen und mit abnehmendem (also kleiner werdenden) Wert entquellen. Steigt der Wert in diesem Beispiel über einen vordefinierten Schwellenwert, so führt das Maß der damit einhergehenden Aufquellung des Hydrogel-Elements 104 dazu, dass der physische und elektrische Kontakt zwischen dem ersten Abschnitt 102(1) und dem zweiten Abschnitt 102(2) unterbrochen wird. Sinkt anschließend der Wert, so können sich der erste Abschnitt 102(1) und der zweite Abschnitt 102(2) aufeinander zu bewegen, so dass der Abstand 108 verkleinert wird. Sinkt der Wert in diesem Beispiel nun erneut unter den Schwellenwert, so kann das Maß der damit einhergehenden Entquellung des Hydrogel-Elements 104 dazu führen, dass sich der erste Abschnitt 102(1) und der zweite Abschnitt 102(2) erneut physisch und elektrisch kontaktieren. Anschaulich kann derart ein reversibler Schwellenwertsensor bereitgestellt werden.In one example, the hydrogel element 104 may swell with an increasing (ie, increasing) value representing the one or more environmental parameters, and de-swell with a decreasing (ie, decreasing) value. In this example, when the value increases above a predefined threshold, the degree of concomitant swelling of the hydrogel member 104 causes physical and electrical contact between the first section 102(1) and the second section 102(2) to be broken . If the value then falls, the first section 102(1) and the second section 102(2) can move towards one another, so that the distance 108 is reduced. sinks the In this example, if the value again falls below the threshold value, the degree of concomitant deswelling of the hydrogel element 104 can cause the first section 102(1) and the second section 102(2) to again physically and electrically contact each other. Clearly, a reversible threshold value sensor can be provided in this way.

In einem anderen Beispiel kann das Hydrogel-Element 104 mit einem abnehmenden (also kleiner werdenden) Wert, welcher die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentiert, aufquellen und mit zunehmendem (also größer werdenden) Wert entquellen. Sinkt der Wert in diesem Beispiel unter einen vordefinierten Schwellenwert, so führt das Maß der damit einhergehenden Aufquellung des Hydrogel-Elements 104 dazu, dass der physische und elektrische Kontakt zwischen dem ersten Abschnitt 102(1) und dem zweiten Abschnitt 102(2) unterbrochen wird. Steigt der Wert anschließend erneut über den Schwellenwert, so kann das Maß der damit einhergehenden Entquellung des Hydrogel-Elements 104 dazu führen, dass sich der erste Abschnitt 102(1) und der zweite Abschnitt 102(2) erneut physisch und elektrisch kontaktieren. Anschaulich kann derart ein reversibler Schwellenwertsensor bereitgestellt werden.In another example, the hydrogel element 104 may swell with a decreasing (ie, decreasing) value representing the one or more environmental parameters, and de-swell with an increasing (ie, increasing) value. In this example, if the value falls below a predefined threshold, the degree of concomitant swelling of the hydrogel element 104 results in the physical and electrical contact between the first section 102(1) and the second section 102(2) being broken . If the value then rises above the threshold again, the degree of concomitant deswelling of the hydrogel member 104 may cause the first portion 102(1) and the second portion 102(2) to again physically and electrically contact each other. Clearly, a reversible threshold value sensor can be provided in this way.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen (siehe zum Beispiel 1D) kann der erste Abschnitt 102(1) eine erste Kontaktplatte 110(1) aufweisen. Der zweite Abschnitt 102(2) kann eine zweite Kontaktplatte 110(2) aufweisen. Eine Kontaktplatte, wie hierin beschrieben, kann auch als Kontaktelement bezeichnet werden und kann eine andere als die in 1D und 1E beispielhaft dargestellte Form aufweisen. Die erste Kontaktplatte 110(1) und die zweite Kontaktplatte 110(2) können einander zugewandt angeordnet sein. Die erste Kontaktplatte 110(1) und die zweite Kontaktplatte 110(2) können an dem Ende des jeweiligen Abschnitts 102(1), 102(2) angeordnet sein, welche einander in dem Entquollen-Zustand des Hydrogel-Elements 104 berühren. Die erste Kontaktplatte 110(1) kann senkrecht zu dem ersten Abschnitt 102(1) des elektrischen Leiters 102 längsgestreckt sein. Anschaulich kann derart eine Kontaktfläche zwischen dem ersten Abschnitt 102(1) und dem zweiten Abschnitt 102(2) vergrößert werden. Mit Bezug auf 1E können die erste Kontaktplatte 110(1) und die zweite Kontaktplatte 110(2) den physischen und elektrischen Kontakt verlieren, sobald der die ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentierende Wert über den Schwellenwert steigt bzw. fällt (je nachdem was zum Aufquellen des Hydrogel-Elements 104 führt). Mit Bezug auf 1D kann bei Entquellen des Hydrogel-Elements 104 der physische und elektrische Kontakt zwischen der ersten Kontaktplatte 110(1) und der zweiten Kontaktplatte 110(2) erneut (reversibel) hergestellt werden. Die aufgrund der Kontaktplatten 110(1), 110(2) vergrößerte Kontaktfläche kann sicherstellen, dass sich der erste Abschnitt 102(1) und der zweite Abschnitt 102(2) auch dann berühren, wenn diese relativ zueinander (z.B. rotatorisch und/oder senkrecht zu deren Längsrichtung translatorisch) verschoben sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Kontaktplatte 110(1) und die zweite Kontaktplatte 110(2) in dem Hydrogel-Element 104 eingebettet sein.According to various embodiments (see, for example 1D ), the first portion 102(1) may include a first contact plate 110(1). The second portion 102(2) may include a second contact plate 110(2). A contact plate as described herein may also be referred to as a contact element and may be of a type other than that in 1D and 1E have exemplified form. The first contact plate 110(1) and the second contact plate 110(2) may be arranged to face each other. The first contact plate 110(1) and the second contact plate 110(2) may be arranged at the end of the respective portion 102(1), 102(2) which touch each other in the deswollen state of the hydrogel member 104. The first contact plate 110(1) may be elongated perpendicular to the first portion 102(1) of the electrical conductor 102. FIG. Clearly, a contact area between the first section 102(1) and the second section 102(2) can be enlarged in this way. Regarding 1E the first contact plate 110(1) and the second contact plate 110(2) may lose physical and electrical contact as soon as the value representing the one or more environmental parameters rises or falls above the threshold (depending on what causes the hydrogel element 104 leads). Regarding 1D upon deswelling of the hydrogel element 104, the physical and electrical contact between the first contact plate 110(1) and the second contact plate 110(2) can be re-established (reversibly). The increased contact area due to the contact plates 110(1), 110(2) can ensure that the first section 102(1) and the second section 102(2) also touch when they are in contact relative to one another (e.g. rotationally and/or perpendicularly to the longitudinal direction translationally) are shifted. According to various embodiments, the first contact plate 110( 1 ) and the second contact plate 110( 2 ) may be embedded in the hydrogel element 104 .

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Kontaktplatte 110(1) und die zweite Kontaktplatte 110(2) parallel zueinander (in Richtung 11) angeordnet sein und zur Vergrößerung des Übergangsbereichs vor Verlust ihres Kontakts aneinander abgleiten. Dies kann ähnlich zu dem Prinzip des Gleitkontakts in einem Potentiometer erfolgen.According to various embodiments, the first contact plate 110(1) and the second contact plate 110(2) may be arranged parallel to each other (in direction 11) and slide on each other to increase the transition area before losing their contact. This can be done similar to the principle of sliding contact in a potentiometer.

Wie voranstehend beschrieben, kann das aktive Element mehrere aktive Materialien aufweisen. 1F zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Sensors 100, wobei ein erster Abschnitt 104(1) des Hydrogel-Elements 104 ein erstes Hydrogel aufweist oder daraus besteht und wobei ein zweiter Abschnitt 104(2) des Hydrogel-Elements 104 ein von dem ersten Hydrogel verschiedenes zweites Hydrogel aufweist oder daraus besteht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das erste Hydrogel und das zweite Hydrogel ein entgegengesetztes Quellverhalten bezüglich der gleichen ein oder mehreren Umgebungsparameter aufweisen. Zum Beispiel kann mit einer Zunahme der ein oder mehreren Umgebungsparameter (bzw. einer Kombination oder eines Verhältnisses dieser) das erste Hydrogel aufquellen (für temperatursensitive Hydrogele auch als UCST-Verhalten bezeichnet) und das zweite Hydrogel entquellen (für temperatursensitive Hydrogele auch als LCST-Verhalten bezeichnet), oder vice versa. 1F zeigt dies beispielhaft für die Temperatur, ϑ, als Umgebungsparameter. In diesem Beispiel kann das erste Hydrogel mit sinkender Temperatur (z.B. sinkender Körpertemperatur) aufquellen und das zweite Hydrogel kann mit sinkender Temperatur entquellen. Entsprechend kann das erste Hydrogel mit steigender Temperatur (z.B. steigender Körpertemperatur) entquellen und das zweite Hydrogel aufquellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann dadurch mittels des Sensors 100 eine Abweichung von einem vordefinierten Temperaturwert, ϑ_norm, erfasst werden. zeigt anschaulich, dass ein in den ersten Abschnitt 104(1) des Hydrogel-Elements 104 eingebetteter Abschnitt des elektrischen Leiters 102 bei einem vordefinierten unteren Temperatur-Schwellenwert reißen kann und zeigt anschaulich, dass ein in den zweiten Abschnitt 104(2) des Hydrogel-Elements 104 eingebetteter Abschnitt des elektrischen Leiters 102 bei einem vordefinierten oberen Temperatur-Schwellenwert reißen kann. Folglich kann das der elektrische Leiter 102 bei ausreichend großer Abweichung (also bei Erreichen eines Schwellenwertes) von dem vordefinierten Temperaturwert, ϑ_norm, entweder in dem im ersten Abschnitt 104(1) eingebetteten Abschnitt des elektrischen Leiters 102 oder dem in dem im zweiten Abschnitt 104(2) eingebetteten Abschnitt des elektrischen Leiters 102 reißen. Auf diese Weise kann der Sensor 100 sowohl zur Absicherung eines oberen Schwellenwertes als auch zur Absicherung eines unteren Schwellenwertes eingerichtet sein. Anschaulich kann der Sensor 100 eingerichtet sein, einen vordefinierten Stimulus-Bereich zu erfassen. Als Beispiel kann der Sensor 100 in einem menschlichen oder tierischen Körper verwendet werden, wobei der Sensor 100 zur Absicherung eines unteren Temperatur-Schwellenwertes (z.B. eine Unterkühlung anzeigend) unterhalb der Körpertemperatur (z.B. ϑ_norm) und eines oberen Temperatur-Schwellenwertes (z.B. Fieber anzeigend) oberhalb der Körpertemperatur verwendet werden kann. Es wird verstanden, dass die Temperatur als Umgebungsparameter lediglich beispielhaft ist und dass der erste Abschnitt 104(1) und der zweite Abschnitt 104(2) jeweils jedes beliebige aktive Material (z.B. Hydrogel-Material) aufweisen kann und dass der Sensor 100 auch mehr als zwei Abschnitte unterschiedlicher aktiver Materialien (z.B. Hydrogele) aufweisen kann.As described above, the active element can include multiple active materials. 1F 10 shows an exemplary embodiment of the sensor 100 wherein a first portion 104(1) of the hydrogel member 104 comprises or consists of a first hydrogel and wherein a second portion 104(2) of the hydrogel member 104 comprises a second hydrogel different from the first hydrogel has or consists of. According to various embodiments, the first hydrogel and the second hydrogel may have opposite swelling behavior with respect to the same one or more environmental parameters. For example, with an increase in one or more environmental parameters (or a combination or ratio thereof), the first hydrogel may swell (also referred to as UCST behavior for temperature-sensitive hydrogels) and the second hydrogel de-swell (also referred to as LCST behavior for temperature-sensitive hydrogels). designated), or vice versa. 1F shows this as an example for the temperature, ϑ, as an environmental parameter. In this example, the first hydrogel may swell as the temperature (eg, body temperature decreases) and the second hydrogel may de-swell as the temperature decreases. Correspondingly, the first hydrogel can de-swell and the second hydrogel can swell with increasing temperature (eg increasing body temperature). According to various embodiments, a deviation from a predefined temperature value, θ _norm , can thereby be detected by means of the sensor 100 . FIG. 12 illustrates that a portion of the electrical conductor 102 embedded in the first portion 104(1) of the hydrogel element 104 can rupture at a predefined lower temperature threshold and FIG. 12 illustrates that a portion of the electrical conductor 102 embedded in the second portion 104(2) of the hydrogel element 104 can rupture at a predefined upper temperature threshold. Consequently it can the electrical conductor 102 with a sufficiently large deviation (i.e. when a threshold value is reached) from the predefined temperature value, ϑ _norm , either in the section of the electrical conductor 102 embedded in the first section 104(1) or in the section of the electrical conductor 102 embedded in the second section 104(2) embedded portion of the electrical conductor 102 tear. In this way, the sensor 100 can be set up both to safeguard an upper threshold value and to safeguard a lower threshold value. Clearly, the sensor 100 can be set up to detect a predefined stimulus area. As an example, the sensor 100 can be used in a human or animal body, with the sensor 100 for safeguarding a lower temperature threshold value (e.g. indicating hypothermia) below the body temperature (e.g. ϑ _norm ) and an upper temperature threshold value (e.g. indicating fever ) can be used above body temperature. It is understood that temperature is an exemplary environmental parameter only and that the first portion 104(1) and the second portion 104(2) each may comprise any active material (eg, hydrogel material) and that the sensor 100 may include more than can have two sections of different active materials (e.g. hydrogels).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das erste Hydrogel und das zweite Hydrogel derart eingerichtet sein, dass das Volumen des Hydrogel-Elements 104 im Wesentlichen konstant bleibt. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, da das Wasser zwischen dem ersten Hydrogel und dem zweiten Hydrogel verlagert werden kann.According to various embodiments, the first hydrogel and the second hydrogel can be configured such that the volume of the hydrogel element 104 remains essentially constant. This can be achieved, for example, because water can be transferred between the first hydrogel and the second hydrogel.

2A bis 2E zeigen jeweils eine Sicherungsvorrichtung 200. Die Sicherungsvorrichtung 200 kann den Sensor 100 aufweisen. Die Sicherungsvorrichtung 200 kann einen mit dem Sensor 100 (z.B. dessen elektrischen Leiter 102) gekoppelten elektrischen Schaltkreis aufweisen. In allen in 2A bis 2E gezeigten Ausführungen können der elektrische Leiter 102 des Sensors 100 und der Schaltkreis 202 derart eingerichtet sein, dass sich ein Betriebsmodus des Schaltkreises ändert, wenn sich die elektrische Charakteristik ändert. 2A until 2E each show a safety device 200. The safety device 200 can have the sensor 100. FIG. The security device 200 may include an electrical circuit coupled to the sensor 100 (eg, its electrical conductor 102). in all in 2A until 2E In the embodiments shown, the electrical conductor 102 of the sensor 100 and the circuit 202 can be set up in such a way that an operating mode of the circuit changes when the electrical characteristics change.

Der elektrische Leiter 102 des Sensors 100 kann ein erstes freies Ende 112 und ein zweites freies Ende 114 aufweisen. Das erste freie Ende 112 und/oder das zweite freie Ende können/kann nicht in das Hydrogel-Element 104 eingebettet sein (z.B. können diese freiliegend sein). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens ein freies Ende des elektrischen Leiters 102 mit dem Schaltkreis gekoppelt sein. Der Sensor 100 kann zum Absichern des Schaltkreises verwendet werden. In diesem Fall kann der Sensor 100 auch als Sicherung bezeichnet werden.The electrical conductor 102 of the sensor 100 can have a first free end 112 and a second free end 114 . The first free end 112 and/or the second free end may/may not be embedded in the hydrogel element 104 (e.g., they may be exposed). According to various embodiments, at least one free end of the electrical conductor 102 may be coupled to the circuit. The sensor 100 can be used to secure the circuit. In this case, the sensor 100 can also be referred to as a fuse.

Mit Bezug auf 2A kann das erste freie Ende 112 des elektrischen Leiters 102 mit dem Schaltkreis 202 gekoppelt sein (und nicht das zweite freie Ende 114). Als Kopplung zwischen elektrischen Leiter und Schaltkreis, wie hierin beschrieben, kann verstanden werden, dass zumindest ein Teil des Schaltkreises elektrisch leitend mit dem elektrischen Leiter verbunden ist. Zum Beispiel können der Schaltkreis 202 und der elektrische Leiter 102 des Sensors 100 in Reihe geschaltet sein. Hierbei kann der Sensor 100 dem Schaltkreis 202 vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein.Regarding 2A For example, the first free end 112 of the electrical conductor 102 may be coupled to the circuitry 202 (rather than the second free end 114). Coupling between electrical conductor and circuit, as described herein, can be understood to mean that at least part of the circuit is electrically conductively connected to the electrical conductor. For example, circuit 202 and electrical conductor 102 of sensor 100 may be connected in series. In this case, the sensor 100 can be connected upstream or downstream of the circuit 202 .

Mit Bezug auf 2B können sowohl das erste freie Ende 112 als auch das zweite freie Ende 114 des elektrischen Leiters 102 mit dem Schaltkreis 202 gekoppelt (z.B. elektrisch leitend verbunden) sein. Zum Beispiel kann der elektrische Leiter 102 des Sensors 100 einen Abschnitt des elektrischen Schaltkreises 202 bilden. Beispielsweise kann der elektrische Leiter 102 zwischen zwei Schaltungselemente des Schaltkreises 202 geschaltet sein.Regarding 2 B Both the first free end 112 and the second free end 114 of the electrical conductor 102 may be coupled (eg electrically conductively connected) to the circuit 202 . For example, the electrical conductor 102 of the sensor 100 can form a portion of the electrical circuit 202 . For example, the electrical conductor 102 can be connected between two circuit elements of the switching circuit 202 .

In dem Beispiel von 2C und dem Beispiel kann von 2D kann der Schaltkreis 202 eingerichtet sein, eine Vorrichtung 204 zu steuern. Mit Bezug auf 2C kann der Sensor 100 zwischen eine Energiequelle (z.B. eine Stromquelle oder Spannungsquelle) und den elektrischen Schaltkreis 202 geschaltet sein. Die Energiequelle kann eingerichtet sein, den Schaltkreis mit Energie zu versorgen. Der Sensor 100 kann als reversibler Schwellenwertsensor oder als irreversibler Schwellenwertsensor ausgeführt sein, wie hierin beschrieben. In beiden Fällen kann ein Erreichen des den ein oder mehreren Umgebungsparametern zugeordneten Schwellenwertes zu einer Unterbrechung des elektrisch leitenden Charakters des elektrischen Leiters 102 führen, wodurch die Energieversorgung des Schaltkreises 202 durch die Energiequelle 206 unterbrochen wird, wodurch eine Steuerung der Vorrichtung 204 durch den Schaltkreis 202 verhindert wird. Mit Bezug auf 2D kann der Sensor 100 zwischen den elektrischen Schaltkreis 202 und die Vorrichtung 204 geschaltet sein. In diesem Fall kann die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Schaltkreis 202 und der Vorrichtung 204 unterbrochen werden, wenn der als (reversibler oder irreversibler) Schwellenwertsensor ausgeführte Sensor 100 den den ein oder mehreren Umgebungsparametern zugeordneten Schwellenwert erreicht, wodurch eine Steuerung der Vorrichtung 204 durch den Schaltkreis 202 verhindert wird.In the example of 2C and the example can of 2D Circuitry 202 may be configured to control device 204 . Regarding 2C For example, the sensor 100 may be connected between an energy source (eg, a current source or voltage source) and the electrical circuit 202 . The energy source can be set up to supply the circuit with energy. Sensor 100 may be embodied as a reversible threshold sensor or as an irreversible threshold sensor, as described herein. In both cases, reaching the threshold value associated with the one or more environmental parameters can lead to an interruption of the electrically conductive character of the electrical conductor 102, as a result of which the supply of energy to the circuit 202 by the energy source 206 is interrupted, whereby control of the device 204 by the circuit 202 is prevented. Regarding 2D For example, the sensor 100 may be connected between the electrical circuit 202 and the device 204 . In this case, the electrically conductive connection between the circuit 202 and the device 204 can be interrupted when the sensor 100, designed as a (reversible or irreversible) threshold sensor, reaches the threshold value associated with one or more environmental parameters, whereby the device 204 is controlled by the circuit 202 is prevented.

Anschaulich zeigt sich, dass der Sensor 100 als Sicherung zum Absichern des elektrischen Schaltkreises 202 und/oder zum Absichern der Vorrichtung 204 verwendet werden kann. Anschaulich können der Schaltkreis 202 und/oder die Vorrichtung 204 von einem EIN-Zustand in einen AUS-Zustand übergehen, sobald der als Sicherung verwendete Sensor 100 aktiviert wird. Als Aktivierung des als Schwellenwertsensor verwendeten Sensor 100, wie hierin verwendet, kann verstanden werden, dass der Abstand 108 zwischen dem ersten Abschnitt 102(1) und dem zweiten Abschnitt 102(2) des elektrischen Leiters 102 erzeugt wird und so der elektrisch leitende Kontakt zwischen dem ersten Abschnitt 102(1) und dem zweiten Abschnitt 102(2) unterbrochen wird.It can be clearly seen that the sensor 100 can be used as a fuse for protecting the electrical circuit 202 and/or for protecting the front direction 204 can be used. Illustratively, the circuit 202 and/or device 204 may transition from an ON state to an OFF state once the sensor 100 used as a fuse is activated. As activation of the sensor 100 used as a threshold sensor, as used herein, it can be understood that the distance 108 is created between the first section 102(1) and the second section 102(2) of the electrical conductor 102 and so the electrically conductive contact between the first section 102(1) and the second section 102(2).

Die Sicherungsvorrichtung 200 kann eine passive Sicherungsvorrichtung sein. Wie hierin beschrieben, kann der Sensor 100 und damit die Sicherungsvorrichtung 200 unabhängig von einer aktiven Aktuation (z.B. dem Drücken einer Taste) oder einer aktiven Steuerung (z.B. indem ein Signal des Sensors 100 in ein anderes elektrisches Signal zum Unterbrechen der Steuerung der Vorrichtung 204 umgewandelt wird) eine Steuerung der Vorrichtung 204 unterbinden. Dies kann eine erhöhte Sicherheit bereitstellen, da die Steuerung der Vorrichtung 204 unabhängig von Fehlern des Schaltkreises 202 verhindert werden kann.The security device 200 may be a passive security device. As described herein, the sensor 100 and thus the safety device 200 can be activated independently of an active actuation (e.g. pressing a button) or an active control (e.g. by converting a signal from the sensor 100 into another electrical signal to interrupt the control of the device 204 will) prevent device 204 from being controlled. This may provide increased security since control of device 204 may be prevented regardless of circuit 202 failures.

Mit Bezug auf 2E kann der elektrische Leiter 102 des Sensors 100 als Spule ausgeführt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor 100 als Antenne eingerichtet sein. Die Geometrieänderung des Hydrogel-Elements 104 kann in diesem Fall die Spuleneigenschaften, wie beispielsweise die Permittivitätseigenschaften des Spuleninnenmaterials und/oder die Spulenlänge, verändern. Die Eigenschaften der Antenne können sich aufgrund der Veränderung der Spulengeometrie und der geänderten Suszeptibilität des Spulenmaterials mit dem Quellgrad (also der Geometrieänderung und Änderung des Verhältnisses von Wasser zu Polymer) des Hydrogel-Elements 104 verändern.Regarding 2E the electrical conductor 102 of the sensor 100 can be designed as a coil. According to various embodiments, the sensor 100 can be set up as an antenna. In this case, the change in geometry of the hydrogel element 104 can change the coil properties, such as the permittivity properties of the inner coil material and/or the coil length. The properties of the antenna may change with the degree of swelling (ie, changing the geometry and changing the ratio of water to polymer) of the hydrogel element 104 due to the change in coil geometry and the changed susceptibility of the coil material.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Sensor 100 und der Schaltkreis 202 Teil eines Transponders (z.B. eines Radiofrequenzidentifikations-(RFID)-Transponders oder eines Nahfeldkommunikations-(NFC)-Transponders) sein. In diesem Fall kann die Spule des Sensors 100 die Antenne des Transponders sein und der Schaltkreis 202 kann die mit der Antenne gekoppelten zugehörige Schaltung aufweisen. Aufgrund der sich in Abhängigkeit der ein oder mehreren Umgebungsparameter verändernden Spuleneigenschaften kann das mittels der Antenne (also des Sensors 100) gesendete Signal einen Wert der ein oder mehreren Umgebungsparameter repräsentieren. Dadurch kann der Sensor 100 zum Beispiel drahtlos ausgelesen werden. Auf diese Weise kann der Sensor 100 anschaulich als Antenne (z.B. RFID-Antenne) funktionieren, wobei dieser im Sensor-Fall ein kontinuierliches Messsignal ausgeben kann und im Sicherungs-Fall ein binäres Fehlersignal ausgeben kann bzw. ein Ermitteln eines Fehlers ermöglicht. Anschaulich kann die hierin beschriebene Sicherungsvorrichtung 200 sowohl ein Erfassen (z.B. Messen) eines Sensorsignals ermöglichen als auch einen oder mehrere Schwellenwerte absichern.According to various embodiments, sensor 100 and circuitry 202 may be part of a transponder (e.g., a radio frequency identification (RFID) transponder or a near field communication (NFC) transponder). In this case, the coil of the sensor 100 may be the antenna of the transponder and the circuit 202 may comprise the associated circuitry coupled to the antenna. Due to the coil properties changing as a function of the one or more environmental parameters, the signal sent by means of the antenna (ie the sensor 100) can represent a value of the one or more environmental parameters. As a result, the sensor 100 can be read wirelessly, for example. In this way, the sensor 100 can clearly function as an antenna (e.g. RFID antenna), in which case it can output a continuous measurement signal in the case of a sensor and in the case of a security device it can output a binary error signal or enable an error to be determined. Clearly, the safety device 200 described herein can enable a sensor signal to be detected (e.g. measured) and also safeguard one or more threshold values.

In einem veranschaulichenden Beispiel können der elektrische Schaltkreis 202 und die Vorrichtung 204 Teil eines elektrischen Implantats sein. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 204 eingerichtet sein, einen Wirkstoff freizusetzen. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 204 eine Insulinpumpe oder eine Adrenalinpumpe sein. Die Vorrichtung 204 kann aber auch jede andere Art von Vorrichtung eines (elektrischen) Implantats sein, wie beispielsweise ein Herzschrittmacher, ein Neurostimulator, eine Gehirn-Computer-Schnittstelleneinheit, etc. sein. Der Schaltkreis 202 kann eingerichtet sein, eine Funktion des elektrischen Implantats zu steuern (z.B. eine Ausschüttung des Wirkstoffes, einen Takt des Herzschrittmachers, etc.).In an illustrative example, electrical circuitry 202 and device 204 may be part of an electrical implant. For example, the device 204 can be set up to release an active substance. For example, device 204 may be an insulin pump or an adrenaline pump. However, the device 204 can also be any other type of (electrical) implant device, such as a cardiac pacemaker, a neurostimulator, a brain-computer interface unit, etc. The circuit 202 can be set up to control a function of the electrical implant (e.g. a release of the active substance, a rate of the cardiac pacemaker, etc.).

Der Sensor 100 kann eingerichtet sein, eine Eigenschaft in der Umgebung des elektrischen Implantats zu erfassen (z.B. zu detektieren).The sensor 100 can be configured to capture (e.g. detect) a property in the environment of the electrical implant.

Der Sensor 100 kann vorteilhaft zum Absichern eines elektrischen Implantats eingesetzt werden, da das Hydrogel-Element 104 biokompatibel sein kann. Ferner kann das Hydrogel-Element 104 eine weiche (z.B. eine elastische) Oberfläche haben, so dass bei Kontakt eine Beschädigung des Implantats oder des Körpers (z.B. körpereigenem Gewebe) vermieden werden kann.The sensor 100 can be advantageously used to secure an electrical implant since the hydrogel element 104 can be biocompatible. Furthermore, the hydrogel element 104 can have a soft (e.g. an elastic) surface, so that damage to the implant or the body (e.g. endogenous tissue) can be avoided upon contact.

Die ein oder mehreren Umgebungsparameter können zum Beispiel die Menge und/oder Konzentration an Wirkstoff aufweisen und der Schaltkreis 202 kann die (z.B. mikroelektronisch gesteuerte) Ausschüttung des Wirkstoffes mittels der Vorrichtung 204 steuern. In diesem Fall kann der Schwellenwert einer maximalen Menge und/oder Konzentration zugeordnet sein, so dass bei Überschreiten dieser maximalen Menge bzw. Konzentration die Steuerung der Vorrichtung 204 durch den Schaltkreis 202 und damit eine zusätzliche Ausschüttung des Wirkstoffes verhindert wird. Anschaulich kann die Ausschüttung einer schädigenden (z.B. letale) Dosis des Wirkstoffes auf diese Weise verhindert (abgesichert) werden.The one or more environmental parameters can include, for example, the amount and/or concentration of active substance and the circuit 202 can control the (e.g. microelectronically controlled) release of the active substance by means of the device 204 . In this case, the threshold value can be assigned to a maximum amount and/or concentration, so that when this maximum amount or concentration is exceeded, the control of the device 204 by the circuit 202 and thus an additional release of the active substance is prevented. Clearly, the release of a damaging (e.g. lethal) dose of the active substance can be prevented (secured) in this way.

Die ein oder mehreren Umgebungsparameter können zum Beispiel die Menge an Wasser aufweisen und die Vorrichtung 204 kann ein Herzschrittmacher sein. Der Sensor 100 kann in diesem Beispiel innerhalb des Herzschrittmachers angeordnet sein. In diesem Fall kann der Schwellenwert einer (z.B. vergleichsweise sehr kleinen) maximalen Menge an Wasser zugeordnet sein, so dass bei Eindringen von Wasser in den Herzschrittmacher die Sicherung (also der Sensor 100) ausgelöst wird und so die Steuerung des Herzschrittmachers durch den Schaltkreis 202 verhindert wird. Anschaulich kann zum Beispiel ein Kurzschluss des Herzschrittmachers verhindert (abgesichert) werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 204 ein Backup-System (z.B. ein Redundanz-System) aufweisen. In diesem Fall kann das Backup-System bei Auslösen des Sensors 100 aktiviert werden, so dass das Backup-System die Funktion der Vorrichtung 204 (z.B. des Herzschrittmachers) übernimmt.For example, the one or more environmental parameters may include the amount of water and the device 204 may be a cardiac pacemaker. In this example, the sensor 100 can be arranged inside the heart pacemaker. In this case, the threshold value can be a (eg comparatively very small) maximum Amount of water to be assigned, so that if water enters the pacemaker, the fuse (that is, the sensor 100) is triggered and the circuit 202 prevents the pacemaker from being controlled. For example, a short circuit of the pacemaker can be prevented (secured). According to various embodiments, device 204 may include a backup system (eg, a redundancy system). In this case, the backup system can be activated when the sensor 100 is triggered, so that the backup system takes over the function of the device 204 (eg the cardiac pacemaker).

Folglich kann der Sensor 100 eine Fehlfunktion und/oder Beschädigung einer Vorrichtung (z.B. einer elektrischen Vorrichtung in einem Badezimmer oder in einem Außenbereich, eines elektrischen Implantats, etc.) absichern. Zum Beispiel in dem Fall eines elektrischen Implantats könnte zum Beispiel eine fehlerhafte und/oder beschädigte Wirkstoffpumpe eine zu hohe Dosis des Wirkstoffs ausschütten, ohne dass der elektrische Schaltkreis 202 dies detektiert. Demzufolge ist weder eine Signalerfassung und noch eine Signal-Auswertung durch den elektrischen Schaltkreis 202 erforderlich. Der Sensor 100 kann das elektrische Implantat (z.B. die Wirkstoffpumpe) gegen diese Fehlfunktion/Beschädigung wie voranstehend beschrieben absichern, so dass die Wirkstoffdosis nicht über einen vordefinierten Schwellenwert steigen kann. Analog kann auch ein fehlerhafter und/oder beschädigter Schaltkreis, welcher die Wirkstoffpumpe steuert, dazu führen, dass die Wirkstoffpumpe angewiesen wird, eine zu hohe Dosis des Wirkstoffes auszuschütten. Dementsprechend kann der Sensor 100 auch den elektrischen Schaltkreis gegen eine Fehlfunktion/Beschädigung absichern, so dass die Steuerung der Wirkstoffpumpe unterbrochen wird. Es wird verstanden, dass die Wirkstoffpumpe ein beispielhaftes elektrisches Implantat ist und dass jede andere Art von elektrischem Implantat mittels des Sensors 100 abgesichert werden kann. Anschaulich zeigt sich, dass diese passive Sicherung eine signifikant höhere Sicherheit aufweist als ein Notaus-Schalter, welcher von einer Person bedient werden kann, da die hierin beschriebene Sicherung selbst bei Bewusstlosigkeit oder Schlaf der Person auslöst.Consequently, the sensor 100 can safeguard against malfunction and/or damage of a device (e.g., an electrical device in a bathroom or in an outdoor area, an electrical implant, etc.). For example, in the case of an electrical implant, a faulty and/or damaged drug pump could deliver an excessive dose of drug without the electrical circuit 202 detecting this. Accordingly, neither a signal detection nor a signal evaluation by the electrical circuit 202 is required. The sensor 100 can protect the electrical implant (e.g. the drug pump) against this malfunction/damage as described above, so that the drug dose cannot rise above a predefined threshold value. Similarly, a faulty and/or damaged circuit that controls the drug pump can result in the drug pump being instructed to dispense an excessive dose of drug. Accordingly, the sensor 100 can also protect the electrical circuit against malfunction/damage, so that the control of the active substance pump is interrupted. It is understood that the drug pump is an exemplary electrical implant and that any other type of electrical implant can be secured using the sensor 100 . It is clearly shown that this passive safety device has a significantly higher level of safety than an emergency stop switch which can be operated by a person, since the safety device described herein triggers even if the person is unconscious or asleep.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor 100 nahe der Vorrichtung 204 und/oder nahe des Schaltkreises 202 angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Sensor 100 derart eingerichtet sein, dass, wenn das elektrische Implantat beschädigt wird, auch der als Sicherung verwendete Sensor 100 aktiviert wird. Zum Beispiel kann die mechanische Beschädigung des elektrischen Implantats dazu führen, dass der elektrische Leiter 102 (z.B. der Draht) reißt und so die elektrisch leitende Verbindung unterbrochen wird. Die mechanische Beschädigung kann durch jede Art von mechanischer Einwirkung und/oder mechanischer Belastung verursacht werden. Als mechanische Einwirkungen bzw. mechanischen Belastungen können hierin Stöße, Impulse, Kräfte und/oder andere körperliche Einflüsse auf das elektrische Implantat (z.B. auf den Körper des Tieres bzw. der Person, in welches/welche das Implantat eingesetzt ist) verstanden werden, die geeignet sind, das zu schützende Implantat zu schädigen oder zu zerstören. Zum Beispiel kann der Sensor 100 in der Nähe eines ausgewählten (z.B. sicherheitstechnisch relevanten) Bereichs des elektrischen Implantats angeordnet sein.According to various embodiments, the sensor 100 may be located near the device 204 and/or near the circuit 202 . For example, the sensor 100 can be set up in such a way that if the electrical implant is damaged, the sensor 100 used as a fuse is also activated. For example, mechanical damage to the electrical implant can cause the electrical conductor 102 (e.g., wire) to rupture, disrupting the electrically conductive connection. The mechanical damage can be caused by any type of mechanical impact and/or mechanical stress. Mechanical effects or mechanical loads can be understood here as impacts, impulses, forces and/or other physical influences on the electrical implant (e.g. on the body of the animal or the person in whom the implant is inserted) which are suitable are to damage or destroy the implant to be protected. For example, the sensor 100 may be located near a selected (e.g., safety relevant) area of the electrical implant.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren den Sensor 100 und/oder die Sicherungsvorrichtung 200 verwenden. Das Verfahren kann ein Warten auf einen Fehler (z.B. eine Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit) aufweisen.According to various embodiments, a method may use the sensor 100 and/or the security device 200 . The method may include waiting for an error (e.g., a break in electrical conductivity).

Claims

Sensor (100) comprising: • an electrical conductor (102); and • a hydrogel element (104), in which the electrical conductor (102) is embedded at least in sections, such that when the hydrogel element (104) changes depending on one or more environmental parameters that indicate a condition in the vicinity of the sensor (100 ) represent, swells or swells, an electrical characteristic of the electrical conductor (102) is changed.

Sensor (100) according to claim 1 , wherein the one or more environmental parameters include at least one environmental parameter from the following list of environmental parameters: an amount of water, an amount of incident electromagnetic radiation, a pH value, a temperature, a concentration of a substance.

Sensor (100) according to claim 1 or 2 , wherein the one or more environmental parameters have two or more environmental parameters and wherein the hydrogel element (104) is set up to swell or de-swell depending on a ratio or a combination of the two or more environmental parameters.

Sensor (100) according to one of Claims 1 until 3 wherein the hydrogel element (104) is cylindrical in shape and wherein the portion of the electrical conductor (102) embedded in the hydrogel element (104) is disposed substantially parallel to the longitudinal axis of the cylinder.

Sensor (100) according to one of Claims 1 until 4 wherein the electrical conductor (102) has a first portion and a second portion embedded in the hydrogel member (104); wherein the hydrogel element (104) is arranged to swell when a value representing the one or more environmental parameters increases and to de-swell when the value decreases; wherein the electrical conductor (102) and the hydrogel element (104) are arranged such that the first section and the second section of the electrical conductor (102) contact each other physically and electrically conductively when the value representing the one or more environmental parameters is below a predefined threshold value, and that the physical and electrically conductive contact of the first portion and the second portion of the electrical conductor (102) is broken when the value representing the one or more environmental parameters is above the predefined threshold value.

Sensor (100) according to one of Claims 1 until 4 wherein the electrical conductor (102) has a first section and a second section which are at least partially embedded in the hydrogel element (104); wherein the hydrogel element (104) is arranged to swell when a value representing the one or more environmental parameters decreases and to de-swell when the value increases; wherein the electrical conductor (102) and the hydrogel element (104) are arranged such that the first section and the second section of the electrical conductor (102) contact each other physically and electrically conductively when the value representing the one or more environmental parameters is above a predefined threshold value, and that the physical and electrically conductive contact of the first portion and the second portion of the electrical conductor (102) is broken when the value representing the one or more environmental parameters is below the predefined threshold value.

Sensor (100) according to claim 5 or 6 , wherein the first portion of the electrical conductor (102) has a first contact plate (110(1)) facing the second portion and wherein the second portion of the electrical conductor (102) has a second contact plate (110(2)) facing the first portion , so that the first contact plate and the second contact plate, depending on the value representing the one or more environmental parameters, either touch one another to provide the physical and electrically conductive contact between the first section and the second section or are arranged at a distance from one another to interrupt the physical and electrically conductive contact between the first portion and the second portion of the electrical conductor (102).

Safety device (200), comprising: • a sensor (100) according to one of Claims 1 until 7 ; and • a circuit (202) coupled to the electrical conductor (102), wherein the electrical conductor (102) and the circuit (202) are configured such that an operating mode of the circuit (202) changes when the electrical characteristics of the electrical conductor (102) changed.

Safety device (200) according to claim 8 , wherein the electrical conductor (102) and the circuit (202) are arranged such that the operating mode of the circuit (202) changes when, in response to swelling or de-swelling of the hydrogel element (104), the electrical characteristic of the electrical The value representing conductor (102) rises above a predefined threshold and/or falls below a predefined threshold.

Safety device (200) according to claim 8 or 9 , wherein the sensor (100) according to one of Claims 5 until 7 is set up; wherein the electrical circuit (202) is in an ON state when the first portion and the second portion of the electrical conductor (102) physically and electrically conductively contact each other; and wherein the electrical circuit (202) is in an OFF state when the physical and electrically conductive contact of the first portion and the second portion of the electrical conductor (102) is broken.

Safety device (200) according to claim 8 or 9 , wherein the hydrogel element (104) and the electrical conductor (102) are set up in such a way that the swelling of the hydrogel element (104) leads to a tensile stress on the electrical conductor (102), the breaking strength of the electrical conductor (102) is associated with a predefined threshold value representing the one or more environmental parameters; wherein the electrical conductor (102) and the circuit (202) are arranged such that the operating mode of the circuit (202) changes from an ON state to an OFF state when the electrical conductor (102) tears due to the tensile stress, wherein preferably the hydrogel element (104) and the electrical conductor (102) are set up such that a tensile stress greater than or equal to 10 MPa acts on the electrical conductor (102) in a deswelled state of the hydrogel element (104).

Safety device (200) according to one of Claims 8 until 11 , wherein the electrical conductor (102) is coupled to the circuit (202) such that an interruption in the electrical conductivity of the electrical conductor (102) leads to an interruption in the circuit (202).

Safety device (200) according to one of Claims 8 until 12 , • wherein the sensor (100) has an antenna which is formed by the electrical conductor (102); • wherein the circuit (202) is set up to send and/or receive signals by means of the antenna of the sensor (100).

Use of the sensor (100) according to one of Claims 1 until 7 for securing an electrical implant.

Use of the security device (200) according to one of Claims 8 until 13 for securing an electrical implant, wherein the circuit (202) is set up to control a function of the electrical implant.

use according to claim 15 , wherein the electrical conductor (102) is coupled to the circuit (202) such that the circuit (202) is interrupted when the electrical conductivity of the electrical conductor (102) is interrupted, thereby controlling the function of the electrical implant through the circuit (202) is prevented; wherein the sensor (100) is preferably set up in such a way that mechanical damage to the electrical implant leads to an interruption in the electrical conductivity of the electrical conductor (102).