Was knnen elektronische Pflaster und Klebetattoos?
Schon vor zehn Jahren entwickelten Forscher erste elektronische Pflaster. Dahinter stecken meist durchsichtige, luftdurchlssige Kunststofffolien, auf denen winzige Schaltkreise, Sensoren, LEDs, Solarzellen, Antennen oder andere elektronische Systeme aufgebracht sind. Diese sogenannten electronic epidermal systems knnen als hauchdnnes Pflaster auf die menschliche Haut geklebt werden - Kleber oder ein Durchstechen der Haut mit Nadeln sind dabei nicht ntig und auch Kabel zur Stromverbindung sind berflssig. Fr den Menschen, der die Elektronik trgt, ist sie kaum sprbar, denn das Pflaster wiegt meist unter einem Gramm. Manche dieser Systeme sind sogar so klein, dass sie sich in ein Aufkleb-Tattoos integrieren lassen. Pflaster wie auch Tattoo knnen lngerfristig auf der Haut kleben bleiben, denn sie falten, biegen und dehnen sich mit, wenn sich die Haut bewegt. Das macht sie vielseitig anwendbar: Je nach Einsatzzweck knnen die elektrischen Pflaster und Klebetattoos beispielsweise auf Arm, Hals oder Brust geklebt werden. Pflaster, die den Stand der Wundheilung anzeigen  Diese Entwicklung kann es beispielsweise leichter machen, chronische Wunden zu pflegen. Normalerweise ist es blich, dass solche Wunden regelmig kontrolliert werden, um zu prfen, dass sie sich nicht mit Erregern infizieren. Dafr war bisher ein Verbandswechsel ntig, der jedoch den Wundbereich reizt und das Risiko erhht, dass Erreger von auen in die Wunde gelangen. Dank der modernen Pflaster ist das nun nicht mehr unbedingt ntig: Statt den Verband immer wieder entfernen zu mssen, besitzen diese technisch "aufgersteten" Klebestreifen spezielle Sensoren, die farbig fluoreszieren, wenn sie mit UV-Lampen angestrahlt werden. Die Farbe gibt dabei an, ob die Wunde normal heilt oder ob sich eine Infektion anbahnt. Mglich wird dies, weil die Sensormolekle auf die biochemischen Vernderungen reagieren, die in einer Wunde im Verlauf der Wundheilung auftreten. So steigt oder fllt je nach Phase der Heilung zum Beispiel die Menge an Sauerstoff und auch der pH-Wert verndert sich. Verheilt die Wunde normal, so steigt der pH-Wert beispielsweise bis zu einem Wert von acht, dann sinkt er auf einen Wert von fnf bis sechs. Schliet sich eine Wunde jedoch nicht, bleibt der pH-Wert zwischen sieben und acht. Modernes Thermometer  Aber nicht nur die Wundheilung kann einfacher berwacht werden: Pflaster, die mit Sensoren ausgestattet sind, knnten knftig auch die Temperatur der Hautoberflche anzeigen. Dafr werden auf dehnbaren Folien beispielsweise Elektroden und Schaltkreise aus sehr dnnen Golddrhten befestigt, die mit einem speziellen Kunststoff umhllt sind, der sie isoliert und vor Feuchtigkeit schtzt. Diese Sensoren messen Temperaturschwankungen der Haut so gut wie teure Infrarot-Kameras, die blicherweise in der Medizin verwendet werden. Die dauerhafte berwachung der Hauttemperatur kann fr Mediziner wichtig sein, weil sie damit Hinweise auf die Durchblutung des Patienten bekommen: Sind die Blutgefe geweitet und es fliet viel Blut, wird unsere Haut warm. Ziehen sich die Gefe zusammen, khlt sie wieder ab. Ist die Durchblutung gestrt, hat der Patient vielleicht Herzprobleme oder leidet an einer Erkrankung anderer wichtiger Organe. Bei Wunden kann eine erhhte Temperatur Anzeichen einer Infektion sein. Noch existieren diese Thermometer-Pflaster allerdings nur als Prototypen. Bis sie auf den Markt kommen, mssen Wissenschaftler vor allem ihre kabellose Stromversorgung noch weiter optimieren. Warnung vor Dehydrierung oder zu viel Alkohol  Die Sensoren-Pflaster knnten sich auch als Warnsysteme eignen. So sind zum Beispiel Klebestreifen mit elektrischen Systemen in der Entwicklung, die den Wasserhaushalt eines Menschen berwachen. Hat der Trger dieses Pflasters zu wenig getrunken, registrieren die Sensoren das und senden ein Warnhinweis an ein Armband oder auf das Smartphone des Betroffenen oder eines Angehrigen. So knnen beispielsweise von Wassermangel besonders gefhrdete Menschen wie Demenzpatienten, die vergessen zu trinken, oder Sportler immer ihren Wasserhaushalt im Blick behalten und dadurch gesundheitliche Schden wie eine berhitzung des Krpers und folgendem Schwindel, Kreislaufbeschwerden oder sogar etwa Nierenversagen vorbeugen. hnliches funktioniert auch frs Trinken von Alkohol  nur, dass hierbei nicht vor dem zu wenig, sondern vor zu viel gewarnt wird: Neu entwickelte Sensoren-Pflaster auf der Haut knnen selbst kleinste Spuren von Alkohol im Schwei nachweisen. Dafr regt zunchst ein bestimmten Wirkstoff auf den Klebetattoos die Haut zum Schwitzen an und ein weiterer Stoff reagiert mit dem Alkohol im Schwei. Diese elektrochemische Reaktion wiederum erzeugt ein Signal in den Messelektroden, die dieses dann ans Smartphone weiterleiten. Damit verrt das intelligente Pflaster, ob wir etwa nach einer Feier noch fahrtauglich sind und schafft einen berblick darber, wie viel Alkohol wir trinken, wenn wir das auf der Feier selbst nicht im Blick haben. Auch fr Menschen, die ihren Alkoholkonsum verringern mchten, knnte es deshalb zuknftig eine Hilfe sein. Blutzucker prfen und regulieren  Und nicht nur der Alkohol kann ber den Schwei gemessen werden: Auch der Blutzucker kann mittels Pflastern geprft werden, die die Krperflssigkeit untersuchen. Das knnte knftig Diabetikern den schmerzhaften Pieks in die Fingerspitze ersparen, mit dem sie einen Blutstropfen zur Blutzuckerkontrolle entnehmen. Denn sie mssen ihre Blutzuckerspiegel regelmig kontrollieren, weil bei ihnen entweder nicht gengend Insulin gebildet wird oder aber das Blutzucker-Hormon nicht mehr ausreichend wirkt. Dadurch wird der Blutzucker nicht mehr aus dem Blut in die Zellen transportiert, sodass es zur berzuckerung kommen kann. Um dem vorzubeugen, mssen die Betroffenen Medikamente einnehmen oder sich selbst Insulin spritzen. Sogar die Insulinversorgung bei einer berzuckerung knnten solche Pflaster knftig mglicherweise bernehmen. Forscher arbeiten bereits an intelligenten Pflastern, die das unangenehme und bei falscher Dosierung auch lebensgefhrliche Insulinspritzen ersetzen knnen. Dafr soll das Pflaster neben dem Blutzuckersensor mit winzigen Nadeln ausgestattet werden, die genau dann die Arzneimittelmenge in die Haut verabreichen, die fr die Senkung des Blutzuckerspiegels ntig ist. Dafr sind die winzigen Nadeln mit einer Barriere beschichtet, die im Normalfall verhindert, dass das Medikament freigesetzt wird. Wenn die Sensoren aber einen erhhten Blutzuckerspiegel registrieren, beginnt ein eingebautes Heizelement die Nadeln zu erwrmen. Bei ungefhr 41 Grad Celsius verdampft das Barrierematerial, die schtzende Schicht verschwindet und das Medikament gelangt so in den Krper. Zumindest in Versuchen mit Musen konnte ein solches Pflaster bereits erfolgreich wirken: Es hielt den Blutzuckerspiegel sogar lnger stabil als herkmmliche Spritzen. Auch als Arzneimittel-Spender bei anderen Erkrankungen werden solche Pflaster mit Wirkstoff-Reservoiren und Mikronadeln bereits entwickelt und getestet. Sogar einige Impfungen knnten knftig statt mit der Injektionsnadel mit solchen Pflastern verabreicht werden. Forschung an Pflastern geht weiter  Und noch immer wird an weiteren elektronischen Pflastern geforscht: So versuchen Wissenschaftler des Fraunhofer-Institut fr Zuverlssigkeit und Mikrointegration seit letztem Jahr ein sensorisches Pflaster fr Sportler zu entwickeln, dass den Schwei analysiert und sofort Daten zum Herz-Kreislauf-System des Trgers, wie zum Beispiel den Blutdruck und den Puls, etwa aufs Smartphone sendet. Auch Klebestreifen, die bestimmte Mineralstoffe wie Kalium und Natrium oder beispielsweise Harnsure im Schwei messen, werden bereits getestet. Zudem werden die elektronischen Pflaster immer weiter optimiert. Mittlerweile gibt es klebende Sensoren, die nur noch hauchdnne Filme sind. Sie bestehen aus wasserlslichen Mikrofasern, die nach dem Auftragen auf die Haut abgewaschen werden und nur noch ein Netz aus winzigen Golddrhten hinterlassen, das so fest auf der Haut haftet, dass es sich an alle Bewegungen anpasst und sich nicht ablst. Selbst nach tausendfachen Dehnungen bleibt die elektrische Leitfhigkeit der Nanodrhte erhalten. Die Lcken zwischen den Drhten sind dabei so gro, dass sie kaum Schweidrsen in der Haut verschlieen. Auerdem ist das Drahtnetz sehr hautvertrglich. Andere Forscher haben es zudem geschafft, ein Pflaster mit einem Drahtnetz aus Eisen und einer Folie aus durchsichtigem Kunststoff aus einer bestimmten Zellulose, die aus Pflanzen gewonnen wird herzustellen. So ist es weder umweltschdlich noch fr den Menschen giftig. Zudem passen sich diese Pflaster nicht nur gut an die Haut an und sind tagelang tragbar, sondern knnen nach dem Gebrauch abgezogen und einfach in Essig aufgelst werden, ohne dass dabei giftige Bestandteile zurckbleiben. Und die Forschung an den intelligenten Klebestreifen ist noch immer nicht beendet. So suchen Experten zum Beispiel noch nach Mglichkeiten, die Herstellung und Materialien der Pflaster so kostengnstig zu machen, dass sie auch Patienten in Lndern nutzen knnen, die wenig Geld fr die gesundheitliche Versorgung haben.