Dieser elektronische Verband sterilisiert Wunden mit Lichtblitzen

Ein Arzt verbindet in einem Krankenhaus den Kopf eines kleinen Jungen. Neue elektronische Bandagen könnten bald antibiotikafreie Optionen bieten, um Wunden während der Heilung keimfrei zu halten.

ER Productions Ltd./DigitalVision/Getty Images Plus

Von Katie Grace Carpenter

25. August 2023 um 6:30 Uhr

Ein neuer elektronischer Verband tötet Keime mit Lichtblitzen ab. Und die gute Nachricht: Keine Antibiotika nötig.

Der Verband ist mit winzigen LED-Glühbirnen ausgestattet und strahlt Licht im Ultraviolett-C- oder UVC-Wellenlängenbereich aus. Ärzte und Zahnärzte nutzen dieses energiereiche Licht häufig zur Reinigung medizinischer Geräte. Doch die Sterilisation von Wunden mit UVC war nicht so einfach. Die große Hürde: Energie. Ein leuchtender Verband braucht Kraft. Normalerweise benötigten diese Bandagen eine Batterie. (Andernfalls müssten sie eingesteckt werden.)

Da der neue Verband jedoch auf drahtloser Technologie basiert, benötigt er keine sperrigen Batterien. Dadurch lässt sich das Gerät bequem und flexibel anbringen. Es bedeutet auch, dass weniger gebrauchte Batterien im Müll landen, wo sie umweltschädliche Chemikalien auslaugen können.

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Von einer „Energiespule“ – einem mit Kupferdrähten durchzogenen Stück Stoff – wird Strom zum neuen Verband geleitet. Elektrische Zahnbürsten erhalten auf ähnliche Weise Energie, wenn sie in ihrer Ladeschale sitzen. „Es ist das gleiche Prinzip“, sagt Stephen Beeby. Er studiert Materialwissenschaften an der University of Southampton in England. Seine Gruppe schuf den neuen Verband.

Dieses Team hat weder die drahtlose Stromversorgung noch lichtemittierende Bandagen erfunden. Aber es sei das erste Mal, dass sie zusammen verwendet würden, bemerkt sein Kollege Mahmoud Wagih. Er studiert nachhaltige Elektronik an der University of Glasgow in Schottland. Dies sei „das erste Mal, dass jemand ein UV-antibakterielles System entwickelt hat, das völlig kabellos ist“, sagt er.

Ihr Team beschrieb seine Arbeit in der Mai-Ausgabe von IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems.

Die kabellose Stromversorgung macht die UV-basierten Bandagen praktischer. Ihr Licht ersetzt die Antibiotika, die normalerweise zur Abtötung von Keimen eingesetzt werden. Und antibiotikafreie Möglichkeiten zur Wundversorgung zu haben, ist eine große Sache.

Antibiotika retten Leben. Doch ihr langfristiger Einsatz bringt Probleme mit sich. Viele Bakterien haben sich an das Überleben in der Gegenwart von Antibiotika angepasst. Allein in den Vereinigten Staaten entwickeln jedes Jahr mehr als 2,8 Millionen Menschen Infektionen, die gegen Antibiotika resistent sind. (Mehr als 35.000 von ihnen sterben.) Die sogenannten „Superbakterien“, die hinter diesen Infektionen stehen, können zu nicht heilenden Wunden führen. Menschen mit bestimmten Krankheiten – etwa Diabetes oder Krebs – sind dem größten Risiko für solche langanhaltenden Wunden ausgesetzt.

Technische Fortschritte, wie dieser neue Verband, könnten dazu beitragen, dieses Problem einzudämmen.

Von außen sieht der neue Verband nicht besonders neu aus, gibt Beeby zu. Aber darin steckt eine Spule – ein flexibler Streifen mit LEDs besetzter Elektronik. Diese Spule sendet das Licht aus.

Wenn es an der Zeit ist, einen sauberen Verband an einer Wunde anzubringen, nehmen Sie einfach die elektronische Spule heraus und stecken Sie sie in einen neuen Stoffverband, sagt Beeby. Den alten Verband wirft man weg, nicht aber die Elektronik. Stellen Sie sich diesen Stoffverband als „eine Art Vehikel für die Elektronik“ vor, erklärt er.

Nach dem Anlegen bestrahlt der Verband die Wundoberfläche regelmäßig mit UV-Licht. Diese hochenergetischen Strahlen vernichten alle lauernden Keime.

Das Team testete mehr als sechs Stunden lang die Fähigkeit seines Geräts, Mikroben in einer Petrischale abzutöten. Sie setzten Bakterien unterschiedlich starken UVC-Strahlen aus dem Verband aus. Licht mit geringerer Intensität stoppte die Vermehrung der Bakterien. Höhere Intensitätsstufen töteten die Mikroben ab.

Ein Arzt könnte den Verband möglicherweise sogar an die Wunde anpassen, sagt Beeby. Beispielsweise sind bei einer tiefen Wunde möglicherweise Blitze mit höherer Intensität erforderlich als bei einer oberflächlichen Infektion.

Amirhossein Hajiaghajani studiert drahtlose Energie an der University of California, Irvine. Er sieht Potenzial in diesem neuen Verband – aber auch einige Hürden für seinen breiten Einsatz. Die größte Hürde ist die relativ geringe Reichweite des Geräts.

Um zu funktionieren, muss sich der Verband in Reichweite seiner drahtlosen Energiequelle, der Energiespule, befinden. „Das ist wichtig“, sagt Wagih, denn auch wenn der Verband möglicherweise keine Batterie hat, ist die Energiespule schon vorhanden.

Derzeit muss der Verband etwa 20 bis 30 Zentimeter (8 bis 12 Zoll) von der Spirale entfernt sein, sagt Wagih.

Für Hajiaghajai, der nicht an dem Projekt beteiligt ist, „ist diese Reichweite sehr begrenzt.“

Beeby und Wagih sind sich einig. Ein wichtiger nächster Schritt wird die Erweiterung der Reichweite dieser drahtlosen Energie sein. Aber Beeby sieht bereits einen Einsatzort für das Gerät. Stellen Sie sich einen Patienten im Bett vor, sagt Beeby. „Die Spule könnte in das Blech eingebettet werden.“

Durch die Erweiterung der Reichweite der Bandage wird das Gerät verbessert. Aber auch jetzt bietet es einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Bandagen.

Zum Beispiel: Das Team hat diesen Verband für Menschen entwickelt. Aber stellen Sie sich vor, es für Tiere zu verwenden, sagt Wagih. Vielleicht ein Verband für Haustiere? Oder sogar Nutztiere, schlägt er vor. Bereits der Einsatz von Antibiotika in landwirtschaftlichen Betrieben trägt weltweit erheblich zur Antibiotikaresistenz bei. Bauernhöfe seien „wirklich eine Umgebung, in der man keine Antibiotika verwenden möchte“, sagt Wagih.

antibakteriell: Eigenschaften, die dazu neigen, Bakterien zu zerstören oder deren Wachstum oder Vermehrung einzuschränken.

Antibiotikum : Eine keimtötende Substanz, die normalerweise als Arzneimittel (oder manchmal als Futterzusatz zur Förderung des Wachstums von Nutztieren) verschrieben wird. Es wirkt nicht gegen Viren.

Anwendung: Eine bestimmte Verwendung oder Funktion von etwas.

Bakterien : (Singular: Bakterium) Einzeller. Diese leben fast überall auf der Erde, vom Meeresboden bis in das Innere anderer lebender Organismen (wie Pflanzen und Tiere). Bakterien sind einer der drei Lebensbereiche auf der Erde.

biomedizinisch: Hat etwas mit Medizin zu tun und wie sie mit Zellen oder Gewebe interagiert.

Krebs : Eine von mehr als 100 verschiedenen Krankheiten, die jeweils durch das schnelle, unkontrollierte Wachstum abnormaler Zellen gekennzeichnet sind. Die Entstehung und das Wachstum von Krebserkrankungen, auch bösartige Erkrankungen genannt, können zu Tumoren, Schmerzen und zum Tod führen.

Schaltkreis : Ein Netzwerk, das elektrische Signale überträgt. Im Körper bilden Nervenzellen Schaltkreise, die elektrische Signale an das Gehirn weiterleiten. In der Elektronik leiten Drähte diese Signale normalerweise weiter, um eine mechanische, rechnerische oder andere Funktion zu aktivieren.

Spule : Konzentrische Ringe oder Spiralen, die durch das Wickeln von Draht oder einer anderen Faser um einen Kern herum gebildet werden; oder die Form, die ein solcher Draht haben würde.

Verbraucher : (S.) Bezeichnung für jemanden, der etwas kauft oder etwas nutzt. (Adj.) Eine Person, die Waren und Dienstleistungen nutzt, für die bezahlt werden muss.

aktuell: (in Elektrizität) Der Stromfluss oder die Ladungsmenge, die sich über einen bestimmten Zeitraum durch ein Material bewegt.

entwickeln: Entstehen oder entstehen lassen, entweder auf natürliche Weise oder durch menschliches Eingreifen, beispielsweise durch Herstellung.

Diabetes: Eine Krankheit, bei der der Körper entweder zu wenig des Hormons Insulin produziert (bekannt als Typ-1-Diabetes) oder das Vorhandensein von zu viel Insulin ignoriert, wenn es vorhanden ist (bekannt als Typ-2-Diabetes).

Elektroingenieur: Ein Ingenieur, der elektrische Geräte entwirft, baut oder analysiert.

Elektrizität: Ein Ladungsfluss, der normalerweise durch die Bewegung negativ geladener Teilchen, sogenannter Elektronen, entsteht.

Elektronik: Geräte, die mit Elektrizität betrieben werden, deren Eigenschaften jedoch durch Halbleiter oder andere Schaltkreise gesteuert werden, die die Bewegung elektrischer Ladungen kanalisieren oder steuern.

Maschinenbau : Der Forschungsbereich, der Mathematik und Naturwissenschaften zur Lösung praktischer Probleme nutzt. Jemand, der in diesem Bereich tätig ist, wird als Ingenieur bezeichnet.

Stoff: Jedes flexible Material, das gewebt, gestrickt oder durch Hitze zu einer Folie verschmolzen werden kann.

Infektion : Eine Krankheit, die von einem Organismus auf einen anderen übertragen werden kann. Es wird normalerweise durch eine Art Mikrobe verursacht.

LED : (Abkürzung für Light Emitting Diode) Elektronische Bauteile, die, wie der Name schon sagt, Licht aussenden, wenn Strom durch sie fließt. LEDs sind sehr energieeffizient und können oft sehr hell sein. Sie ersetzen in letzter Zeit herkömmliche Lampen durch Heim- und Gewerbelampen.

Materialwissenschaften : Die Untersuchung, wie die atomare und molekulare Struktur eines Materials mit seinen Gesamteigenschaften zusammenhängt. Materialwissenschaftler können neue Materialien entwerfen oder bestehende analysieren. Ihre Analysen der Gesamteigenschaften eines Materials (wie Dichte, Festigkeit und Schmelzpunkt) können Ingenieuren und anderen Forschern dabei helfen, Materialien auszuwählen, die für eine neue Anwendung am besten geeignet sind.

Mikrobe : Abkürzung für Mikroorganismus. Ein Lebewesen, das zu klein ist, um mit bloßem Auge gesehen zu werden, darunter Bakterien, einige Pilze und viele andere Organismen wie Amöben. Die meisten bestehen aus einer einzigen Zelle.

Roman : Etwas, das clever oder ungewöhnlich und neu ist, wie es noch nie zuvor gesehen wurde. (in der Literatur) Ein Werk der Fiktion.

Reichweite : Das volle Ausmaß oder die Verteilung von etwas. Beispielsweise ist das Verbreitungsgebiet einer Pflanze oder eines Tieres das Gebiet, in dem sie natürlich vorkommen.

Widerstand: (wie bei Arzneimittelresistenz) Die Verringerung der Wirksamkeit eines Arzneimittels zur Heilung einer Krankheit, normalerweise einer mikrobiellen Infektion.

Risiko : Die Chance oder mathematische Wahrscheinlichkeit, dass etwas Schlimmes passieren könnte. Beispielsweise birgt die Strahlenexposition ein Krebsrisiko. Oder die Gefahr – oder Gefahr – selbst. (Zum Beispiel: Zu den Krebsrisiken, denen die Menschen ausgesetzt waren, gehörten Strahlung und mit Arsen verunreinigtes Trinkwasser.)

nachhaltig: (n. Nachhaltigkeit) Ein Adjektiv, das den Einsatz von Ressourcen so beschreibt, dass sie auch in Zukunft noch verfügbar sind.

System : Ein Netzwerk aus Teilen, die zusammenarbeiten, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Beispielsweise sind Blut, Gefäße und Herz die Hauptbestandteile des Kreislaufsystems des menschlichen Körpers. Ebenso gehören Züge, Bahnsteige, Gleise, Fahrbahnsignale und Überführungen zu den potenziellen Komponenten des Eisenbahnsystems eines Landes. Das System kann sogar auf Prozesse oder Ideen angewendet werden, die Teil einer Methode oder eines geordneten Satzes von Verfahren zur Erledigung einer Aufgabe sind.

Technologie: Die Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse für praktische Zwecke, insbesondere in der Industrie – oder die Geräte, Prozesse und Systeme, die aus diesen Bemühungen resultieren.

übertragen: (n. Übertragung) Zum Senden oder Weitergeben.

kabellos : (in der Telekommunikation) Ein Adjektiv, das die Fähigkeit bestimmter Geräte beschreibt, Funksignale über die Luft zu senden und zu empfangen. Dabei handelt es sich häufig um Wi-Fi-Netzwerke und die von Mobilfunkunternehmen betriebenen Netzwerke zur Übertragung der von Telefonnutzern abgerufenen Daten.

Tagebuch:​ Ich. Ullah ​et​ ​al.​ ​Drahtlos betriebener, drogenfreier und antiinfektiöser intelligenter Verband für die Versorgung chronischer Wunden.​ IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems.​ ​​Online veröffentlicht am 19. Mai 2023. doi:​ ​10.1109 /TBCAS.2023.327731.

Tagebuch:​C. Manyi-Loh et al. Einsatz von Antibiotika in der Landwirtschaft und daraus resultierende Resistenzen in Umweltquellen: Mögliche Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit. Moleküle. Bd. 23. April 2018, S. 795. doi: 10.3390/molecules23040795.

Katie Grace Carpenter ist Wissenschaftsautorin und Lehrplanentwicklerin mit Abschlüssen in Biologie und Biogeochemie. Sie schreibt außerdem Science-Fiction und erstellt Wissenschaftsvideos. Katie lebt in den USA, verbringt aber auch Zeit mit ihrem Mann, der Koch ist, in Schweden.

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