Biodegradable Sensors

Mikrosensoren sind heutzutage weit verbreitet und werden in den verschiedensten Fällen eingesetzt. Da diese Sensoren jedoch häufig umwelt- oder auch gesundheitsschädliche Edelmetalle enthalten, sind sie für den Einsatz, bei dem direkter Kontakt mit dem Menschen oder einem Lebensmittel notwendig ist, meist nicht geeignet. Im medizinischen Bereich kommt noch hinzu, dass implantierte Sensoren irgendwann auch wieder entfernt werden müssen, was mit zusätzlichen Risiken, wie zum Beispiel der Infektionsgefahr, verbunden ist. Dementsprechend groß ist das Interesse der Forschung und Industrie, Mikrosensoren zu entwickeln, welche aus gesundheitlich unbedenklichen Materialien bestehen, die biologisch abbaubar (engl. biodegradable, manchmal auch bioresorbable) sind.

In der Medizin werden bereits überall Sensoren verwendet, oftmals jedoch außerhalb des Körpers. Wenn Sensoren implantiert werden, müssen diese auch wieder entfernt werden, was mit zusätzlichen gesundheitlichen Risiken verbunden ist. Bei der überwachung der Qualität von Lebensmitteln können Sensoren überaus nützlich sein. Da herkömmliche Sensoren oft aus gesundheitsschädlichen Edelmetallen bestehen, ist ein Einsatz im Kontakt mit Nahrungsmitteln schwierig. Deshalb sind die Medizin und die Lebensmittelindustrie momentan die beiden Branchen, auf denen der größte Fokus bei der Entwicklung von abbaubaren Sensoren liegt.

• Messung des Drucks in Organen

Die University of Connecticut hat einen biologisch abbaubaren Sensor entwickelt, welcher den Druck in Organen messen kann. Hierfür wurde die interne molekulare Struktur eines Polymers (PLLA) derart bearbeitet, dass dieses piezoelektrische Eigenschaften entwickelte. Auf dieser Grundlage entstand ein Drucksensor, welcher bereits erfolgreich in Mäusen implantiert wurde.

• Überwachung von Kühlketten

Mit Hilfe eines winzigen, biologisch abbaubare Temperaturssensors, ist es möglich, die Kühlkette von um Beipiel Fisch während des Transports exakt zu überwachen. Einen solchen Sensor entwickelte die ETH Zürich, indem sie einen Draht aus Magnesium, Siliziumdioxid und –nitrit in ein kompostierbares Polymer einschweißten. Er ist lediglich 16 Mikrometer dick und löst sich innerhalb von 67 Tagen komplett auf. Die Länge der Funktionstüchtigkeit kann durch die Dicke des Polymers skaliert werden.

Herausforderungen

• Lebensdauer

Die Funktionalität des Sensors muss je nach Einsatzgebiet über einen unterschiedlich langen Zeitraum gewährleistet sein. Zwar muss er sich komplett auflösen können, allerdings erst nachdem er seinen Zweck erfüllt hat.

• Biodegradable Komponenten

Neben dem Sensor an sich müssen auch alle weiteren benötigten Komponenten wie Mikrobatterien oder Mikroprozessoren biologisch abbaubar sein.

Chancen

• Aufspüren von Umweltgiften
• Bewertung der Wirkung von Arzneimitteln in Echtzeit
• Detektieren von Viren

Da sich dieses Thema noch am Anfang Ihres Entwicklungsprozesses befindet, lassen sich noch keine Key Player identifizieren.

• Internet of Things
• Mikrosensoren