Die Doktorandin Katrin Unger entwickelt einen Tattoo-Sensor, der den pH-Wert der Haut misst und so gesundheitsschädliche Veränderungen der Haut frühzeitig erkennen lässt.
Der pH-Wert ist ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Auch der menschlichen Haut lässt sich ein pH-Wert zuordnen. Dieser kommt durch körpereigene saure Substanzen wie Schweiß und Talg zustande. Die Haut eines gesunden Menschen ist leicht sauer und der pH-Wert liegt bei durchschnittlich 5,5.
Man spricht von einem Säuremantel, der die Haut vor dem Austrocknen und vor Krankheitserregern schützt. Umwelteinflüsse, Krankheiten oder medizinische Behandlungen können den pH-Wert der Haut jedoch verändern, den Säureschutzmantel zerstören und die Infektionsgefahr erhöhen.
Flexibles Material
Katrin Unger absolviert ihr Doktorat am Institut für Festkörperphysik an der TU Graz. Sie arbeitet an der Entwicklung eines Tattoo-Sensors, der gesundheitsschädliche Veränderungen der Haut frühzeitig erkennen lässt. Durch die tattoo-artige Form ist der Sensor kaum spürbar und elastisch, so dass er die Bewegungen der Haut flexibel mitmacht.
Der Tattoo-Sensor kann im medizinischen Bereich angewendet werden, wie etwa bei speziellen Chemotherapien, in deren Verlauf sich der pH-Wert der Haut verändert. Aber auch Sportler können den Tattoo-Sensor tragen, um die Dehydrierung während des Trainings zu messen, erklärt die Forscherin.
pH-aktives Polymer
Die Technologie basiert auf einem Tintenstrahldrucker, der elektrische Leiterbahnen auf eine Art Tattoo-Papier druckt. Die Leiterbahn ist aus Kunststoff und feiner als ein menschliches Haar. Auf diese gedruckten Kunststoff-Elektroden wird anschließend ein Polymer-Gel aufgebracht. Eine vakuumbasierte Methode bietet schonende Bedingungen und die Substrate sind keinen hohen Temperaturen oder Lösungsmitteln ausgesetzt.
Das Polymer-Gel ist pH-aktiv und reagiert auf den pH-Wert von Flüssigkeit in der Umgebung. Unger verwendet Hydrogel, das schwammartig Flüssigkeit absorbiert. Die Menge der absorbierten Flüssigkeit hängt vom pH-Milieu ab, von dem das Gel umgeben ist – und ändert die elektrischen Eigenschaften des Sensors. Diese liefern wiederum Rückschlüsse auf den Zustand der Haut.
Komplexe Problemlösung
Eines der Forschungsprobleme ist die Empfindlichkeit der Polymere gegenüber Schweiß. Dieser enthält viele verschiedene Analyte, welche das System irritieren können und eine eindeutige Zuweisung zu einem pH-Wert erschweren.
Der Analyt oder die Analyten sind diejenigen in einer Probe enthaltenen Stoffe, über die bei einer chemischen Analyse eine Aussage getroffen werden soll.
Weiters ist ein exaktes Messergebnis von der langfristigen Haftung der verschiedenen Schichten des Sensors abhängig. Im Komplex aus Tattoo, Elektroden, Hydrogel und Haut darf es keine Ablation geben. Gleichzeitig ist der Komplex nur wenige Mikrometer dünn, so dass dieser leicht reißen könnte.
Unger schlägt mit ihrem Projekt eine Brücke zwischen der Materialgrundlagenforschung und einem anwendungsorientierten Sensor. Sie verknüpft die Forschungsansätze von zwei Forschungsgruppen am Institut für Festkörperphysik an der TU Graz:
- Anna Maria Coclite, die an der Herstellung smarter künstlicher Haut arbeitet;
- Francesco Greco, der gedruckte Tattoo-Elektroden zur medizinischen Diagnostik entwickelt;
Zuletzt erhielt Katrin Unger das L’Oreal Österreich Stipendium, das mit 25.000 Euro dotiert und Frauen in der Wissenschaft gewidmet ist.
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