Textilien, die den Therapiebedarf eines Patienten erkennen und Medikamente präzise und punktgenau dosieren: Forscher der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) entwickeln smarte Fasern, die genau solche Eigenschaften haben. Für das Projekt „Self Care Materials“ werden dazu mit verschiedenen Verfahren Fasern aus biologisch abbaubaren Polymeren erzeugt.
In diese Fasern sollen beispielsweise Antibiotika oder Schmerzmittel integriert werden. Damit die Dosierung der Wirkstoffe exakt erfolgt, haben die Forscher einen trickreichen Kontrollmechanismus erdacht: Einige Polymere sind vom Körper unter bestimmten Bedingungen abbaubar. Diese Eigenschaft soll gezielt genutzt werden. „Als Antwort auf einen Reiz aus dem Körper sollen die Fasern ihre Medikamente entsprechend einer kalkulierten Abbaurate an die Umgebung abgeben“, sagt der Empa-Forscher und Projektkoordinator René Rossi. Ein derartiger Reiz kann etwa der veränderte pH-Wert einer Hautwunde sein, der anzeigt, dass die Gewebeschäden behandelt werden müssen. Als sogenanntes Self-care-Material unterstützen die Fasern in Form eines Pflasters oder Kleidungsstücks somit die Diagnose und Behandlung von Krankheiten.
Viele Anwendungen möglich
„Der Einsatz der Self-care-Fasern ist für enorm viele Anwendungen denkbar“, so Rossi. Neben chemischen Signalen aus dem Körper lassen sich aber auch Reize nutzen, die bewusst von außen gesetzt werden. Dadurch kann die um die Medikamentenabgabe der Fasern gesteuert werden. Smarte Textilien oder Verbände, die auf leichten Druck oder einen Lichtreiz hin ein Heilmittel freisetzen, können zur Lebensqualität von Patienten beitragen und gleichzeitig die Pflegenden entlasten.
Smarte Textilien in der Prävention
Auch in der Vorbeugung könnten die smarten Textilien zum Einsatz kommen. Denn wo Wirkstoffe abgegeben werden, kann man umgekehrt auch Substanzen in die Faser eindringen lassen. „Das Funktionsprinzip lässt sich in der Gegenrichtung nutzen, indem die Fasern als Sensoren wirken und beispielsweise den Zuckerwert im Blut messen“, erklärt Rossi. Bei Frühgeborenen droht der Zuckerhaushalt besonders häufig aus dem Gleichgewicht zu geraten. Mit Hilfe von derartigen Sensoren könnte der Blutzucker durch die zarte Haut hindurch schmerzfrei überwacht werden, ohne dass die Babys unter einer piksenden Blutentnahme leiden müssten.
Herstellungsverfahren
„Die anvisierte Nutzung der Faser entscheidet, welcher Herstellungsprozess optimal ist“, erläutert der Forscher. Zarte leichte Membranen mit großer Oberfläche aufweisen entstehen beim sogenannten Elektrospinnen. Werden zum Beispiel für Schutzkleidung robuste Fasern benötigt, bietet sich eher das Ziehen der geschmolzenen Inhaltsstoffe an. Bei allen Verfahren entstehen im Rahmen des Projektes neuartige Fasern, deren Nanoarchitektur aus mehreren Schichten und Komponenten aufgebaut ist.
Noch bis 2020 forscht Team aus Empa- und EPFL-Wissenschaftlern an der Weiterentwicklung der smarten Medizinfasern. Auch Partner aus der Industrie haben die Forscher bereits gefunden.