Blutwerte ohne Nadelstiche - Forscher entwickeln Analyse-Chip für die Haut

Empa-Forscher Gilberto Siqueira demonstriert den frisch ausgedruckten Nanoce ...
Empa-Forscher Gilberto Siqueira demonstriert den frisch ausgedruckten Nanocellulose-SchaltkreisFoto-Quelle: Empa
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Blutwerte sind für die medizinische Diagnostik unverzichtbar, doch Blutabnehmen nicht immer einfach. Manche Patienten haben schlicht Angst vor Nadelstichen, andere können kein Blut sehen - und nicht immer ist der Vorgang schmerzfrei. Doch schon bald könnte es eine schmerzlose Alternative geben. Forscher entwickeln Analysechips, die auf der Haut liegen. Biologisch abbaubar sind sie obendrein.

Laut einer Mitteilung vom Donnerstag entwickeln Empa-Forscher gemeinsam mit einem kanadischen Team flexible, bioverträgliche Sensoren aus Nanocellulose. "Die 3D-gedruckten Analysechips aus nachwachsenden Rohstoffen werden künftig sogar biologisch abbaubar sein", heißt es.

Schon jetzt können etwa Diabetiker ihren Blutzucker über einen Sensor messen statt sich in den Finger zu piksen. Dasselbe schonende Prinzip soll nun auch beim Sensor aus Nanocellulose zum Einsatz kommen.

Holz auf unserer Haut

"Nanocellulose ist ein preiswerter, nachwachsender Rohstoff, der in Form von Kristallen und Fasern beispielsweise aus Holz gewonnen wird", so die Wissenschaftler. Allerdings habe das ursprüngliche Erscheinungsbild eines Baums nichts mehr mit der gallertartigen Substanz zu tun, die aus nanokristalliner Cellulose und Cellulose-Nanofasern bestehen könne.

Weitere Quellen für das Material sind den Angaben zufolge Bakterien, Algen oder Produktionsreste aus der Lebensmittelherstellung.

Forscher des Schweizer Empa-Labors "Cellulose & Wood Materials" und Woo Soo Kim von der kanadischen "Simon Fraser University" setzten auf Nanocellulose vor allem wegen ihrer Bioverträglichkeit. Gerade weil das Material aus natürlichen Ressourcen gewonnen werde, eigne es sich ganz besonders für die biomedizinische Forschung.

Ab in den 3D-Drucker

Die Forscher verwendete die Nanocellulose als "Tinte" im 3D-Druckverfahren. Damit die Sensoren elektrisch leitfähig sind, wurde die Tinte hierzu mit Silber-Nanodrähten versetzt.

"Cellulose-Nanofasern sind ähnlich flexibel wie gekochte Spaghetti, allerdings mit einem Durchmesser von nur rund 20 Nanometern und wenigen Mikrometern Länge", erklärt Empa-Forscher Gilberto Siqueira.

Mit dem 3D-Drucker wird die Nanocellulose-"Tinte" auf eine Trägerplatte appliziert
EmpaMit dem 3D-Drucker wird die Nanocellulose-"Tinte" auf eine Trägerplatte appliziert

Es gelang dem Forscherteam schließlich, Sensoren zu entwickeln, die medizinisch relevante Stoffwechselparameter wie die Konzentration von Calcium, Kalium und stickstoffhaltigen Ammonium-Ionen messen. Damit die Messwerte weiter analysiert werden können, sendet der elektrochemische Hautsensor seine Ergebnisse zur weiteren Datenverarbeitung an einen Computer. Insgesamt ist das winzige Biochemie-Labor auf der Haut lediglich einen halben Millimeter dick.

"Künftig möchten wir die Silberpartikel durch ein anderes leitfähiges Material ersetzen, etwa auf der Basis von Kohlenstoffverbindungen", so Siqueira über sein nächstes Projekt. Damit wäre der medizinische Nanocellulose-Sensor nicht nur bioverträglich, sondern auch komplett bioabbaubar.

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