Elektronische Pflaster werden raffinierter: Koreanische Forscher haben ein neues Multifunktions-Pflaster entwickelt, das nicht nur als medizinischer Sensor fungiert – es liefert auch gleich die passende Dosis eines Medikaments. Ihr erstes Modell registriert beispielsweise das typische Zittern von Parkinsonpatienten und setzt ab einer bestimmten Schwelle den entsprechenden Wirkstoff frei. Wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Nanotechnology“ berichten, könnte das System die medizinische Überwachung und Behandlung für viele Patienten einfacher, unauffälliger und bequemer machen.
Wearables sind im Trend: Schon jetzt nutzen viele Menschen Fitnessarmbänder, Pulsmesser oder ihr Smartphone, um ihre Aktivität oder ihren Schlaf elektronisch zu überwachen. Die kleinen Geräte registrieren und speichern dann Schritte oder Armbewegungen und ermitteln daraus ein Aktivitätsprofil, oft noch gekoppelt mit Messungen der Pulsrate. Auch in der Medizin werden tragbare Sensoren immer häufiger eingesetzt, um die Gesundheit von Patienten zu überwachen.
Zukunftstrend elektronische Pflaster
Um diese Sensoren kleiner und tragbarer zu machen, haben Forscher elektronische Pflaster entwickelt: Hauchdünn, elastisch und selbstklebend dienen sie als Sensoren für Fieber, Hautfeuchtigkeit oder andere medizinische Symptome. Umgekehrt existieren auch Pflaster, die dosiert Medikamente an die Haut abgeben. Sie tun dies aber mit voreingestellter Dosis, weil ihnen die Sensoren fehlen. Eine Kombination aus beidem stellen nun Donghee Son vom Institute for Basic Science (IBS) in Seoul und seine Kollegen vor.
Ihr neu entwickeltes Sensorpflaster ist nicht nur dünn und dehnbar, es dient auch der Überwachung, Diagnose und Therapie zugleich. Herzstück des elektronischen Pflasters sind Komponenten aus Nanopartikeln und -membranen, die beidseitig auf ein klebendes Gelpflaster aufgedruckt wurden. Als Dehnungs- und Bewegungssensor dient dabei ein Netz aus gewundenen Silizium-Nanomembranen, als Arbeitsspeicher fungiert eine Art Sandwich aus Titandioxid mit eingebetteten Gold-Nanopartikeln. Welche Sensoren dieses Pflaster trägt, lasse sich aber beliebig abwandeln, wie die Forscher betonen.
Dosierte Wirkstoff-Abgabe
Besonders raffiniert ist die Lösung, um mit diesem Pflaster ein Medikament gezielt immer dann abzugeben, wenn die Sensoren eine krankhafte Auffälligkeit registrieren: An der Unterseite des Pflasters sitzen Nanopartikel aus Silizium, die wie kleine Käfige den Wirkstoff einschließen. Direkt über ihnen liegt ein ebenfalls aus dehnbaren Nanodrähten bestehendes Heizmodul.
Erhält dieses von den Sensoreinheiten das Signal zur Wirkstoffabgabe, beginnt es sich zu erhitzen, wie die Forscher erklären. Daraufhin geben die Nanopartikel ihre Medikamentenfracht ab. Je wärmer das Pflaster wird, desto mehr Wirkstoff verteilt sich dabei in der Haut des Trägers. Ein Temperatursensor sorgt dafür, dass es keine Verbrennungen gibt.
Hilfe bei Parkinson
Wie das Multifunktions-Pflaster in der Praxis eingesetzt werden kann, erklären Son und seine Kollegen so: „Stellen Sie sich vor, ein Parkinson-Patient trägt ein solches Pflaster. Dann können typische Bewegungsstörungen wie das Zittern mit Hilfe der Dehnungssensoren gemessen werden“, so die Forscher. Dass das funktioniert, demonstrierten sie im Labor, indem sie das Pflaster auf ein Gerät klebten, das den typischen Parkinson-Tremor simulierte.
Der elektronische Speicher im Pflaster vergleicht das Zittern mit einem zuvor eingespeicherten Muster und sendet ab einer gewissen Häufigkeit oder Intensität ein Signal an das Heizmodul. Dieses springt dann an und transferiert den entsprechenden Wirkstoff in der passenden Dosis in die Haut des Patienten. „Dieses System überwindet die Begrenzungen der konventionellen tragbaren Geräte und hat das Potenzial, die Qualität, Effizienz und Patientenfreundlichkeit der bisherigen klinischen Prozeduren zu verbessern“, konstatieren Son und sein Kollegen.
Je nach Einsatzweck des Multifunktions-Pflasters können die Sensoren und Wirkstoffe angepasst werden. Außerdem lasse sich das System noch erweitern, beispielsweise um kabellose Übertragungseinheiten, Mikroprozessoren oder Batterien. Klobige Armbänder oder umschnallbare Medizinapparaturen könnten daher bald passé sein – es reicht das fast unsichtbare, dehnbare Multifunktions-Pflaster. (Nature Nanotechnology, 2014; doi: 10.1038/nnano.2014.38)
(Nature, 31.03.2014 – NPO)
