Neue Drucktechniken bringen „Lab-on-Paper“ in greifbare Nähe
EU-Forscher haben Fortschritte bei Techniken gemacht, die uns bald Einweg-Diagnosegeräte aus Papier ermöglichen könnten, die alles können, was man derzeit in einem Labor macht, aber viel schneller und zu einem Bruchteil der Kosten. NANOPAD hat Möglichkeiten gefunden, mit elektrischen Tinten zu drucken, um aus Normalpapier anspruchsvolle elektrochemische Vorrichtungen zu machen. Das dreijährige Projekt, das über ein Marie-Curie-Stipendium finanzier wird, brachte den schwedischen Materialwissenschaftler Max Hamedi in die USA, um seine Ideen in den Laboratorien der Harvard University zu entwickeln. Seit vielen Jahren versuchen Wissenschaftler Biochemie, Elektronik und Mikrofluidik oder die Handhabung von Flüssigkeiten zu vereinen, um Mikro-Totalanalyse-Systeme zu bauen. Dr. Hamedi ist zuversichtlich, dass der Ansatz seines Teams, bei dem intelligente leitfähige Tinten zum Drucken auf Papier und anderen Materialien eingesetzt werden, einen bedeutenden Fortschritt darstellt. Bei dieser Technik werden poröse elektronische Leiter auf Papier mikrostrukturiert. Anders als herkömmliche gedruckte Leiter sind diese porös und haben eine große Oberfläche. Sie können Flüssigkeiten und Elektronen gleichzeitig tragen und sind unempfindlich gegen Kratzer oder Knittern des Papiers. Die Ergebnisse von NANOPAD umfassen die Integration von Ionensensoren in Papier, die Entwicklung des ersten gedruckten elektrischen Ventils, das den Durchfluss von Flüssigkeiten steuern kann, und die Möglichkeit, Flüssigkeiten elektronisch zu steuern, indem Textilien bedruckt werden. „Ein weiteres bedeutendes Ergebnis ist, dass ... man die Zelluloseoberflächen so beschichten kann, dass sie wie leitfähiges E-Papier wirken“, sagt Dr. Hamedi, jetzt Assistenzprofessor für Chemie am Royal Institute of Technology der KTH in Stockholm. Das bedeutet, dass ein Stück Papier eine Flüssigkeit aufsaugen kann, zum Beispiel Blut zum Testen, um eine biochemische Reaktion hervorzurufen, „und dann lassen sich die Signale elektronisch lesen“, fügt er hinzu. Diagnose für alle Diese Fortschritte könnten zur Demokratisierung unseres Zugangs zu Sensoren beitragen und dadurch eine verbesserte Diagnostik für Krankheiten und eine einfache Überwachung von Gesundheitsmarkern ermöglichen. Dies würde die Diagnose von Patienten in Krankenhäusern revolutionieren. Doch wirklich bewirken könnte es direkt am Ort der Versorgung, wenn Ärzte unter schwierigeren Bedingungen, etwa in ländlichen Gebieten oder Entwicklungsländern, praktizieren. „Stellen Sie sich vor, ich sage, dass ich ein Gerät habe, das Sie an Ihr Telefon anschließen können, und es würde erkennen, an welcher Art von Malaria Sie erkrankt sind“, erläutert Dr. Hamedi. Integration bedeutet Innovation Die Überwachung der Umwelt ist ein weiterer Bereich, von dem Dr. Hamedi überzeugt ist, dass er große Auswirkungen haben könnte. Allerdings gibt er auch bereitwillig zu, dass es schwer vorhersehbar ist, wofür solche Vorrichtungen in Zukunft eingesetzt werden können. „In der Materialwissenschaft geht es nicht immer darum, neue Materialien zu entwickeln, sondern darum, über bestehende auf neue Weise nachzudenken“, sagt er. „Papier wird seit 50 Jahren oder länger als Plattform zur Herstellung einer Art Sensor verwendet, aber die eigentliche Innovation ist die Integration der Fragem, wie sich Flüssigkeiten kontrollieren und Daten digitalisieren lassen.“ Sieben Artikel wurden zu den Ergebnissen veröffentlicht, und die Harvard University hat fünf Patente angemeldet, die diese Technologie abdecken. Dr. Hamedi ist seit 2016 zurück in Stockholm und betreibt jetzt eine eigene Forschungsgruppe, die sich auf die Anwendung der Drucktechnologie auf DNA konzentriert.
Schlüsselbegriffe
NANOPAD, Diagnostik, MikroTAS, miniaturisierte Systeme, elektronische Tinten, Biosensoren, elektrochemische Geräte
