Holzsensoren für die Haut
Mit dem 3D-Drucker wird die Nanocellulose auf eine Trägerplatte appliziert. Silberpartikel sorgen für die elektrische Leitfähigkeit des Materials. Bild: Empa
Forschung. Aus Holz gewonnene Nanozellulose kann zu bioverträglichen Sensoren verarbeitet werden. Diese werden auf die Haut gesetzt und ermitteln dann, ganz ohne schmerzhaften Nadelstrich, Blut- und andere wichtige Körperwerte.
Diabetiker müssen täglich ihren Insulinspiegel kontrollieren. Neu können sie ihre Blutwerte ganz ohne schmerzhafte Nadelstiche ermitteln. Ein Forscherteam der Empa entwickelt derzeit gemeinsam mit einem kanadischen Team flexible Sensoren aus Nanocellulose, die auf die Haut geklebt werden. Die Analysechips übermitteln ganz schmerzfrei wichtige Körperwerte.
Folie aus Holz
Nanocellulose ist ein preiswerter, nachwachsender Rohstoff, der in Form von Fasern beispielsweise aus Holz gewonnen wird. Die gelatineartige Substanz hat allerdings nichts mehr mit dem ursprünglichen Erscheinungsbild eines Baumes zu tun. Nanocellulose ist vergleichsweise leicht und nachhaltig zu gewinnen und besticht mit interessanten mechanischen Eigenschaften. Mit diesem «Superpudding» lassen sich neue Verbundwerkstoffe entwickeln. Die Forschung arbeitet an Oberflächenbeschichtungen, Alltagsgegenständen wie Getränkeflaschen oder an durchsichtigen Verpackungsfolien (die SZ berichtete).
Holz und Silber im 3D-Drucker
Ein weiteres Merkmal der Nanocellulose ist ihre Bioverträglichkeit. Gerade weil das Material aus natürlichen Ressourcen gewonnen wird, eignet es sich ganz besonders für die biomedizinische Forschung. Damit die Sensoren wichtige Stoffwechselwerte des Körpers messen können, müssen sie in Form gebracht werden. Die Forscher des Empa-Labors «Cellulose & Wood Materials» und Woo Soo Kim von der kanadischen «Simon Fraser University» haben dazu die Nanocellulose sozusagen als «Tinte» im 3D-Drucker verarbeitet. Damit die Sensoren auch noch elektrisch leitfähig sind, wurde die Tinte mit winzig kleinen Silberdrähten versetzt.
Wie Spaghetti - nur kleiner
«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. So gelang es dem Forscherteam, 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. Das winzige flexible Biochemie-Labor auf der Haut ist lediglich einen halben Millimeter dick.
Sensor für den Kompost
Die Forscher arbeiten bereits an einer neuen Version: «Künftig möchten wir die Silberpartikel durch ein anderes leitfähiges Material ersetzen, etwa auf der Basis von Kohlenstoffverbindungen», erläutert Siqueira sein neustes Projekt. Damit wäre der medizinische Nanocellulose-Sensor nicht nur bioverträglich, sondern auch komplett bioabbaubar.
ids
Weitere Artikel zur Forschung mit Zellulose:
Ein künstliches Ohr aus Holz vom 24. Januar 2019
Frisch dank Holz und Krabbe vom 23. August 2018
Veröffentlichung: 30. Juli 2019
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