Biosensoren: Material verhindert Schweißbildung
Poröses Polymer lässt Luft durch und verbessert dadurch die Messgenauigkeit signifikant
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Sportler: Schweiß versus Sensoren (Foto: unsplash.com/Maarten van den Heuvel) |
Binghamton (pte003/17.09.2020/06:10) Forscher der Binghamton University http://binghamton.edu haben ein innovatives Material für die Biosensoren der Zukunft entwickelt. Als Basis setzen sie auf Polydimethylsiloxan (PDMS), ein Polymer auf Siliziumbasis, das farblos, durchsichtig und ungiftig ist. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen wird es hier allerdings nicht in fester, sondern in poröser Form verwendet. Das soll die Luftdurchlässigkeit und somit auch die Messgenauigkeit deutlich verbessern, die durch Schweißbildung auf der Haut des Trägers beeinträchtigt wird.
Problem völlig beseitigt
"Wenn man Sport treibt und dabei einen Biosensor zur Überwachung der Gesundheitsdaten auf der Haut trägt, kann sich schnell Schweiß unter dem Gerät bilden. Das kann sowohl zu Entzündungen als auch zu Ungenauigkeiten bei einem kontinuierlichen Monitoring führen", zitiert "EurekAlert!" Matthew Brown, PhD-Student am Department of Biomedical Engineering der Binghamton University. Dieses Problem könne man nun mit einem neuen Ansatz völlig beseitigen, der anstelle von stabilem, gefestigtem PDMS auf eine poröse und durchlässige Variante des Polymers setzt.
Die Vorteile dieser Herangehensweise konnten die Forscher bei ersten Tests bereits erfolgreich demonstrieren. "Bei einem Experiment mit einer Elektrokardiogramm-Analyse zeigte sich etwa, dass mithilfe des porösen PDMS eine Verdampfung von Schweiß während des Sports möglich ist. Das erlaubt die Aufrechterhaltung einer hohen Genauigkeit des Messsignals", schildert Brown. Bei festem PDMS sei das hingegen nicht möglich. "Hier kommt es nach einiger Zeit zu Ungenauigkeiten", verdeutlicht der Experte.
Hauchdünne Nanofasern
Um ihr poröses PDMS-Material herzustellen, haben die Forscher auf das sogenannte Elektrospinn-Verfahren zurückgegriffen. Hierbei werden aus Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen unter Ausnutzung eines starken elektrischen Felds quasi endlose hauchdünne Nanofasern erzeugt. Bei mechanischen Tests zeigte sich, dass sich dieser Grundstoff sehr ähnlich wie die elastischen Kollagenfasern in der menschlichen Epidermis verhält, Luft und Feuchtigkeit durchlässt und außerdem elektronische Sensoren wie ein starker trockener Kleber gut auf der Haut haften lässt.
"Dieses Material kann in einer vielseitigen Palette von Anwendungen genutzt werden, wo es erforderlich ist, dass Flüssigkeiten passiv durch den Stoff geschleust werden", betont Brown das große praktische Potenzial seiner Erfindung. Als mögliche Beispiele verweist er unter anderem auf Biosensoren, mit denen der Heilprozess chronischer Langzeitwunden kontrolliert wird oder "mitatmende" Elektronikgeräte, die den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt in der Atemluft des Users in Echtzeit überwachen.
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