Nanotech: Heilung für tiefe Wunden

Heilkraft

Ein wesentliches medizinisches Verfahren – die Reparatur tiefer Wunden – könnte mit einem neuen Ansatz radikal verbessert werden: das Verkleben von Haut und anderem Gewebe mit Lösungen von Nanopartikeln.

Die von Wissenschaftlern in Paris (pdf) entwickelte Methode könnte viel weniger invasiv und schädlich sein als chirurgische Nähte oder Klammern und beinhaltet das Einbringen von Tropfen der Nanopartikellösung in einen tiefen Schnitt und das Zusammenpressen der beiden Wundflächen für weniger als eine Minute. Die Nanopartikel breiten sich aus und bilden Millionen von winzigen Brücken zwischen den Wundoberflächen, die sie miteinander verbinden.

Im Gegensatz zu bestehenden medizinischen Klebstoffen bilden die Nanopartikel keine zusätzliche, unerwünschte Schicht in der Wunde und das Verfahren funktioniert auch in Gegenwart von Flüssigkeiten wie Blut gut. Die Wissenschaftler haben Verletzungen bei Tieren mit Lösungen repariert, die sowohl Silica-Nanopartikel als auch Eisenoxid-Nanopartikel enthalten, die als Bonus einen nützlichen Kontrast für die medizinische Bildgebung bieten könnten.

Flicken

Die persönliche Gesundheitsfürsorge könnte durch die nächste Generation von leichten, elektronischen Monitoren revolutioniert werden, die ohne jegliche Beschwerden auf der Haut getragen werden können. Wissenschaftler in Südkorea und den USA haben einen Prototyp eines intelligenten Hautpflasters entwickelt, das so dünn und flexibel wie ein herkömmliches Pflaster ist und Bewegungsstörungen wie z.B. Zittern durch die Parkinson-Krankheit erkennen kann. Darüber hinaus kann es alle Daten, die es erfasst, in Gedächtniszellen speichern und sogar die Freisetzung von Medikamenten steuern, die über die Haut abgegeben werden.

Die Sensoren sind federnde Siliziumfilamente, die beim Biegen und Strecken den elektrischen Widerstand verändern. Diese Dehnungsmessungen, die verschiedene Arten von Bewegungen anzeigen, werden als binäre Informationen in den Oxidspeicherelementen gespeichert, die stabile niedrige („0“) und hohe („1“) Widerstandszustände aufweisen. Zur Herstellung des Pflasters werden aus Nanomembranen – dünnen Schichten aus hochwertigem kristallinem Material – die Bewegungssensoren und Speicherelemente hergestellt, die dann auf ein weiches, dehnbares Material gedruckt werden.

Auf der klebrigen Seite, die auf der Haut aufliegt, enthält das Pflaster Silica-Nanopartikel, die mit Medikamenten gefüllt sind. Die Medikamente können bei Bedarf durch Heizelemente auf der Oberseite des Pflasters freigesetzt werden.

Der Smart Patch ist ein Prototyp, zeigt aber, dass in Zukunft mehrere nützliche Funktionen in tragbaren Medizinprodukten kombiniert werden können.

Zeit zum Umschalten

Radiofrequenz-Tags haben eine weit verbreitete Anwendung gefunden, z.B. in Chips für Läufer, um ihre Rennzeit genau zu bestimmen oder um wertvolle Bücher zu verfolgen. Eine weitere Leistungssteigerung von elektronischen Hochgeschwindigkeitsschaltungen, die in flexible und tragbare Materialien integriert werden können, könnte viele weitere nützliche Anwendungen eröffnen, wie beispielsweise in mobilen Wi-Fi-Geräten und der Langstrecken-Hochfrequenzidentifikation.

Germanium, ein enger Vetter von Silizium, leitet Ladungen schneller und kann mit niedrigeren Spannungen gesteuert werden, was für Hochfrequenzanwendungen vielversprechend sein könnte. Forscher in China und den USA haben elektronische Schaltungen aus Germanium-Nanomembranen auf Kunststoffsubstraten hergestellt und gezeigt, dass ihre Hochfrequenzschalter besser funktionieren als bestehende flexible Bauelemente aus Silizium.

Eine mögliche Anwendung für flexible Hochfrequenzgeräte ist die drahtlose Steuerung von intelligenten Gesundheitsgeräten wie dem im vorherigen Punkt beschriebenen Hautpflaster.

Nanoröhrenkraftstoff

Moleküle, die zwischen zwei stabilen Konfigurationen wechseln können, wenn sie Licht absorbieren, und die Energie freisetzen, wenn sie zurückschalten, könnten als solarthermischer Brennstoff verwendet werden. Ein bekannter Nachteil der Solarenergie ist, dass die Sonne nicht immer scheint, so dass eine zuverlässige Speicherung der Energie für die spätere Nutzung unerlässlich ist. Dies könnte mit lichtschaltenden Molekülen geschehen, aber die Herausforderung besteht darin, dies effizient zu tun.

Wissenschaftler am MIT haben einen Weg gefunden, eine große Anzahl lichtschaltender Moleküle auf kleinstem Raum zu packen, indem sie sie an Kohlenstoff-Nanoröhrchen – aufgerollte Kohlenstoffplatten – befestigen. Die Nanoröhrchen passen sehr eng zusammen, wobei die lichtschaltenden Moleküle aus den Wänden der Nanoröhrchen herausragen und sich wie Zähne im Reißverschluss ordentlich verriegeln.

Gedruckte Leiterbahnen

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