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Auf dem Weg zum smarten Pflaster?

Sensor-Pflaster zeigt den Grad der Wundheilung an

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Fluoreszierende Sensormoleküle im UV-Licht

Anschaulich zeigt Chemiker Guido Panzarasa von der Abteilung „Biomimetic Membranes and Textiles“ im Labor, wie eine Probe mit Sensormolekülen zu fluoreszieren beginnt. Dazu lässt Panzarasa vorsichtig eine Lösung mit einem pH-Wert von 7,5 in eine Schale tropfen. Im UV-Licht ist die Veränderung deutlich zu erkennen. Fügt er eine weitere Lösung dazu, verblasst die Leuchtkraft wieder. Ein Blick auf das Fläschchen mit der Lösung bestätigt: Der pH-Wert der zweiten Flüssigkeit ist tiefer.

Das Empa-Team hat ein Molekül entworfen, das aus Benzalkonium-Chlorid und Pyranin zusammengesetzt ist. Während Benzalkonium-Chlorid eine Substanz ist, die auch für gewöhnliche medizinische Seife verwendet wird und gegen Bakterien, Pilze und andere Mikroorganismen wirkt, ist Pyranin ein Farbstoff, der in Textmarkern zu finden ist und unter UV-Licht fluoresziert. „Dieser Biomarker funktioniert sehr gut“, so Panzarasa, „am besten bei pH-Werten zwischen 5,5 und 7,5. Die Farben können mit einfachen UV-Lampen sichtbar gemacht werden, wie sie im Elektrogeschäft erhältlich sind.“ Ihre Ergebnisse hat das Empa-Team vor kurzem in der Fachzeitschrift „Sensors and Actuators B – Chemical“ veröffentlicht.

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Das „Designer-Molekül“ hat einen weiteren Vorteil: Dank des Benzalkonium-Chlorids wirkt es auf der Haut antimikrobiell, das haben ForscherInnen der Empa-Abteilung „Biointerfaces“ für den Bakterientyp Staphylococcus aureus bestätigt. Unerwünschte Bakterien könnten also in Zukunft durch die Wahl des richtigen Verbandmaterials bekämpft werden. Weitere Auswertungen, etwa zur Verträglichkeit mit Zellen und Geweben, fehlen jedoch noch. Wie ihr Sensor in einer komplexen Wunde funktioniert, wissen die ForscherInnen daher nicht.

Reges Interesse der Industrie

Um zu veranschaulichen, wie eine smarte Wundauflage in Zukunft praktisch aussehen könnte, legt Boesel einen Prototyp auf den Labortisch. „Auf Wundverbänden muss nicht die ganze Fläche mit Sensoren bestückt werden. Es reicht, wenn einige kleine Zylinder mit dem Pyranin-Benzalkonium-Molekül imprägniert sind und in das Trägermaterial eingefügt werden. Das lässt die industriellen Wundverbände nicht viel teurer werden, als sie es jetzt sind. Sie werden höchstens ein Sechstel bis ein Fünftel teurer“, erklärt Boesel. Daran arbeiten die Empa-ForscherInnen im Nachfolgeprojekt „FlusiTex-Gateway“ zusammen mit den Industriepartnern Flawa, Schöller, Kenzen und Theranoptics.

Guido Panzarasa lässt nun auf all die kleinen Zylinder des Wundpad-Prototyps verschiedene Flüssigkeiten mit unterschiedlichem pH-Wert tropfen. Tatsächlich erkennt man auch hier deutlich die heller und dunkler leuchtenden Punkte, sobald er die UV-Lampe anschaltet. Sie sind sogar von bloßem Auge zu erkennen. Grell gelb leuchtet es, wenn Flüssigkeiten mit hohem pH-Wert mit dem Sensor in Kontakt kommen. Die Wissenschaftler sind sich sicher: Da der pH-Wert derart einfach ausgelesen werden kann und exakt über den sauren oder basischen Zustand der Probe informiert, eignet sich ein derartiger Wundverband gut als diagnostisches Tool. Mit dem vom CSEM entwickelten Fluoreszenz-Messgerät können genauere quantitative Messungen des pH-Werts für medizinische Zwecke erzielt werden.

In Zukunft könnten die Signale auch mit Hilfe einer Smartphone-Kamera ausgelesen werden, so Boesel. Kombiniert mit einer einfachen App, hätten Pflegepersonal und ÄrztInnen ein Werkzeug, mit dem sie den Wundstatus auch ohne UV-Lampe bequem „von außen“ ablesen könnten. Auch zuhause hätten Patientinnen und Patienten dann die Möglichkeit, eine sich anbahnende chronische Wunde frühzeitig zu erkennen.

* M. Peter: Empa, 8600 Dübendorf, Schweiz

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