Ein Stück Schweinehaut wird mit schwarzer Farbe tätowiert - daneben stehen Töpfchen mit schwarzer, blauer und pinker Farbe.
Keine normale Farbe: US-Forscher haben Tattoos mit Biosensoren entwickelt. Bildrechte: Fluid Interfaces

Biosensoren Dein Tattoo zeigt, wie es dir geht

Diabetes ist eine Volkskrankheit: Zahlreiche Betroffene müssen ständig ihre Blutzuckerwerte überwachen. Das kann auf Dauer lästig sein. Wie praktisch wäre es da, wenn ein Blick auf die Haut Aufschluss darüber geben könnte, wie es dem eigenen Körper gerade geht?! Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Harvard Medical School haben Tattoo-Farbe entwickelt, die das dank sogenannter Biosensoren möglich machen soll: Sie ändert ihre Farbe, wenn sich die Blutwerte ändern.

Ein Stück Schweinehaut wird mit schwarzer Farbe tätowiert - daneben stehen Töpfchen mit schwarzer, blauer und pinker Farbe.
Keine normale Farbe: US-Forscher haben Tattoos mit Biosensoren entwickelt. Bildrechte: Fluid Interfaces

Auf der Welt leiden der Weltgesundheitsorganisation zufolge rund 422 Millionen Menschen an Diabetes. Sie alle müssen mehrmals täglich ihren Blutzuckerspiegel messen. Dafür müssen sie sich selbst piksen: Ein Blutstropfen aus der Fingerspitze wird dafür gebraucht. Für Menschen, die Angst vor einer Nadelspitze in der Haut haben, wird allerdings die mögliche Alternative, die die US-Forscher jüngst vorgestellt haben, keine sein: Tattoos sollen anzeigen, wie es um den Blutzuckerspiegel steht. Der große Vorteil: Der Patient kann das Messen nicht vergessen, das Tattoo reagiert von selbst, denn es wechselt die Farbe, wenn etwas nicht stimmt.

Biosensoren analysieren Gewebeflüssigkeit

Vier Farbskalen, die die Veränderung des Biosensoren-Tattoo-Farbspektrums abbilden
Farbskalen definieren, was welche Farbe genau aussagt. Bildrechte: Xin LIU, Katia Vega

In der Tinte mit dem Namen "Dermal Abyss Ink" befinden sich sogenannte Biosensoren, die den ph-Spiegel sowie Zucker- und Natriumwerte im Blut messen können. Dabei ist die Tinte nicht direkt mit dem Blutkreislauf verbunden, sondern überwacht die Gewebeflüssigkeit, die die Zellen im Körpergewebe umgibt - die Interstitialflüssigkeit. Darin sind neben Wasser unter anderem auch Stoffe wie Zucker, Aminosäuren und Hormone in gelöster Form.

Wenn sich die Werte im Blut verändern, verändert sich auch die Farbe des Tattoos: Steigt der pH-Wert, färbt es sich pink oder lila, erhöht sich der Natriumgehalt, wird es grün und wenn sich zu viel Glukose im Blut befindet, wird es braun. Die Haut wird sozusagen zu einem Blutwerte-Display.

Momentan befindet sich die Tinte aber noch in der Testphase. Die Wissenschaftler testen sie zunächst an Schweinehaut. Die ist der menschlichen Haut nämlich sehr ähnlich und wird auch von Tätowierern zum Üben genutzt. Die ersten Versuche waren bereits erfolgreich, berichten die US-Forscher. Künftig könnte die Tinte dann bei der schnelleren Diagnose von Krankheiten helfen. Doch dazu müssten die Patienten bereit sein, sich auch ein Tattoo stechen zu lassen: Immerhin können Form und Motiv dann wie bei jedem anderen Tattoo auch frei gewählt werden.

Pflaster statt Tattoo?

Aber ist es wirklich zwingend notwendig, sich ein Tattoo stechen zu lassen, um die Vorteile von solchen Biosensoren nutzen zu können? Wissenschaftler arbeiten auch an anderen Nutzungsarten. So wäre es auch eine Möglichkeit, die Stoffe, die die Körperfunktionen messen, auf die Haut zu bringen - etwa mithilfe einer Art Pflaster.

An so einer Technologie wird an der Technischen Universität Ilmenau geforscht: Hier arbeitet Nanotechnologe Heiko Jacobs an elastischen Mikrochips - also Leiterplatten, die völlig neue Geräte und Anwendungen erlauben. Sie sind komplett biegsam und flexibel wie Gummi. Sie schmiegen sich an jede Oberfläche an - egal ob Metall oder menschliche Haut - und man kann sie zusammenknüllen wie ein Staubtuch. Die Ilmenauer forschen daran, wie sie das Grundmaterial Silikon nun optimal mit der entsprechenden Technik ausrüsten können, denn die elektrischen Schaltkreise im Inneren dürfen beim Auseinanderziehen, Drehen, Biegen und Stauchen nicht kaputt gehen. Ein Teil der Lösung: möglichst kleine Bauteile.

Schaut man sich so einen Träger und die kleinsten Teile an, dann liegen sie im Bereich von einem Millimeter. Wir haben Technologien entwickelt, die es uns ermöglichen, mikroskopisch kleine Chips zu platzieren.

Heiko Jacobs, Nanotechnologe, TU Ilmenau

Die winzigen Chips aus Ilmenau sind so klein, dass man sie mit dem bloßen Auge gar nicht mehr sieht, ergänzt der Nanotechnologe. Mithilfe der flexiblen Leiterplatten könnte man also unter anderem eine Art elektronische Haut entwickeln, die unseren Gesundheitszustand ständig misst. Die Infos landen dann auf dem Smartphone, oder in Zukunft direkt auf dem Bildschirm des biegsamen Chips. Dazu müssen die Wissenschaftler allerdings noch ein Problem lösen: Bisher kann nur eine Ebene in das Material eingebaut werden - für ein Display wären aber mehrere Ebenen notwendig. Heiko Jacobs schätzt, dass es noch zehn Jahre dauern wird, bis die Technik soweit sein wird.

Das EKG-Shirt

Bis es also eine zweite elektronische Haut für den Menschen geben wird, muss er sich etwas überziehen, dass die Vitalfunktionen des Körpers messen kann. Eine solche Erfindung, die es bereits bis auf den Markt geschafft hat, kommt vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS). Es ist auf den ersten Blick ein einfaches T-Shirt. Doch das "FitnessSHIRT" macht ein Echzeit-EKG: Es misst also unter anderem Herzfrequenz, Atemfrequenz oder Einatem- und Ausatemzeiten.

Ilse Aigner steht neben einer anderen Frau und hält ein schwarzes T-Shirt in der Hand.
Die damalige bayrische Wirtschaftsministerin Ilse Aigner bei der Präsentation des "FitnessSHIRT". Bildrechte: Marc Müller/Fraunhofer IIS/dedimag

Das High-Tech-Shirt ist mit leitfährigen textilen Elektroden ausgestattet, die in den Stoff des Kleidungsstückes integriert sind. Sie erfassen die elektrische Aktivität des Herzmuskels. Außerdem erfasst ein flexibles Band am Brustkorb die Atembewegungen. Diese Daten werden an einen Computer übertragen und ausgewertet. Dieses Gerät in Smartphone-Größe kann mit Druckknöpfen am Shirt befestigt werden.

Sportler können diese Daten dann beispielsweise zur Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung nutzen. Doch das Shirt könnte sogar die Sicherheit von Rettungskräften erhöhen: So könnten Feuerwehrleute bei ihren Einsätzen dank des dauerhaften Monitorings von Herz- und Atemfunktionen in kritischen Situationen frühzeitig gewarnt werden und bei Gefahren ihre Kollegen rechtzeitig retten. Und auch eine medizinische Nutzung ist denkbar: Risikopatienten könnten einfach überwacht werden - etwa bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Und bei Patienten in einer Reha wäre das Shirt eine Möglichkeit, die Grenzen körperlicher Belastungen sofort zu erkennen.

Wearables überwachen Vitalfunktionen

Sogenannte Wearables - also tragbare Computersysteme, die während ihrer Anwendung am Körper des Benutzers befestigt sind - gewinnen in der Medizin immer mehr an Bedeutung. Sie dienen vor allem dazu, die Vitalfunktionen von Patienten zu überwachen und diese Daten in Echtzeit zu verarbeiten, denn sie sparen Geld und Zeit. Normalerweise müssten die Patienten nämlich erst einen Arzt oder ein Labor aufsuchen, wo dann entsprechende Untersuchungen durchgeführt werden müssten - mit der dauerhaften Überwachung durch die tragbare Technik wird das überflüssig.

Eine Leiterplatte auf einem T-förmigen Stück Pappe
Das T-förmige Wearable Bildrechte: Texas Instruments Inc.

Ein Beispiel für ein solches Wearable kommt aus dem Hause Texas Instruments. Das Design mit dem Namen "Multi-Parameter Bio-Signal-Monitor" ist für die häusliche Patientenüberwachung entwickelt worden und erfasst zahlreiche Biosignale wie beispielsweise EKG, Herzfrequenz, Atemfrequenz, Hauttemperatur und Schrittzahl. Das T-förmige Wearable wird am Brustkorb des Patienten befestigt. Es ist auf Basis flexibler Substrate entwickelt worden, damit es sich dem menschlichen Körper anpassen kann, heißt es seitens der Entwickler.

Die erfassten Daten werden dann mithilfe der NFC-Technik drahtlos an ein Smartphone übertragen. Und das, obwohl das Texas Instruments-Gerät ein Wegwerf-Wearable aus Pappe ist: Das Einweggerät soll zur Sicherheit des Patienten beitragen, denn bei mehrfacher Nutzung medizinischer Geräte kann es durchaus auch zu Infektionen durch Krankenhauskeime kommen.

Über dieses Thema berichtet MDR AKTUELL: im Radio | 28.01.2017 | 6.54 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 16. Juni 2017, 11:07 Uhr