Sensorfarbstoffe: Abbild des Unsichtbaren

Wissenschaftler entwickeln Farbstoffe, die unsichtbare Veränderungen in Umwelt und Körper sichtbar machen. Zum Beispiel über Schweiß.

„Ich war Laufen und blickte auf meine Schweißflecken, als ich die Idee hatte“, sagt der Fotograf Reiner Riedler. Wenig später suchte er im Internet nach einer Möglichkeit, mit Schweiß fotografisch zu arbeiten. Riedler traf sich mit Mitgliedern der Arbeitsgruppe Sensormaterialien an der Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien (EMFT), organisierte eine mobile Sauna und machte sein erstes Schweiß-Foto.

Fotos mit Schweiß und Stoff

Zunächst mussten die Fotomodelle in der Sauna ins Schwitzen geraten. Dann nahm Riedler mit einem speziellen Baumwolltuch Abdrücke von den nassen Körpern. Dort, wo der Schweiß den blasslila Stoff berührte, verfärbte sich dieser gelb. Riedler fotografierte die „Negative“, wandelte die Farben am Computer in Grautöne um und erhöhte den Kontrast. Das Ergebnis sind faszinierende Schweiß-Fotos, die an das Turiner Grabtuch erinnern. Möglich wurde diese Form der Abbildung durch den besonderen Baumwollstoff. Oder genauer: Durch seinen rosa Farbton. Das Gewebe war an der Fraunhofer EMFT mit einem speziellen Indikator-Farbstoff behandelt worden. Dieser reagiert, wenn sich der pH-Wert ändert: Bei basischen Flüssigkeiten wird er violett; saure Flüssigkeiten wie Schweiß färben ihn gelb.

Sensor-Shirt

Die Wissenschaftler an der Fraunhofer EMFT entwickelten das Verfahren schon vor einigen Jahren. 2010 wurde ein sogenanntes „Sensor-Shirt“ präsentiert, das sich verfärbte, wenn sein Träger schwitzte. Mit dem „Sensor-Shirt“ wollte man zeigen, dass sich Textilien ideal als Flächensensoren nutzen und mehrmals verwenden lassen. Denn wenn sich das verschwitze T-Shirt an einigen Stellen gelb verfärbte, brauchte man es nur zu waschen und es war wieder lila. Als das „Sensor-Shirt“ der Öffentlichkeit präsentiert wurde, sprach man noch davon, dass man in Zukunft auch Farbstoffe herstellen wolle, die anzeigen, wie viele Natriumionen der Schweiß enthält. Sportler würden so sehen, wann sie salzhaltige Getränke zu sich nehmen sollten. Sabine Trupp, Leiterin der Gruppe Sensormaterialen an der Fraunhofer EMFT, relativiert heute: „Die entsprechenden Farbstoffe haben wir entwickelt. Aber es ist schwierig, die geeigneten Grenzwerte zu bestimmten. Ich vermute, dass das Schwitz-Verhalten von Mensch zu Mensch unterschiedlich ist. Hier fehlen uns noch geeignete Forschungsergebnisse.“

Intelligenter Verband

Während Grundlagenforschung betrieben werden muss, bevor intelligente, massentaugliche „Schweiß-Kleidung“ entwickelt werden kann, hat man an der Fraunhofer EMFT in den letzten Jahren zahlreiche neue Sensor-Materialen entwickelt und weitere Anwendungsbereiche untersucht. Ebenfalls auf einen pH-Wert-Indikator basiert ein Wundverband, der sich verfärbt, wenn eine Infektion vorliegt. „Wenn sich in der Wunde Bakterien befinden, dann scheiden diese viele Stoffe aus. Dadurch steigt der pH-Wert“, sagt Trupp. Derzeit forsche man daran, bestimmte Ausscheidungsprodukte der Bakterien nachzuweisen, um die Infektion eingrenzen zu können. Auch Bettlaken und Schlafanzüge könnten als Flächenindikatoren funktionieren und beispielsweise auf Wunden hinweisen oder in Zukunft auch auf Krankheiten. Trupp gibt allerdings zu bedenken, dass es fraglich sei, ob all dies auch unverändert praxistauglich ist. Ein Schlafanzug, der sich plötzlich verfärbt kann einerseits zwar eine wichtige Warnung sein, er kann Patienten aber auch sehr verunsichern. „Wir forschen daher an Indikator-Farbstoffen, die nur unter einem kleinen Messmodul sichtbar sind, also beispielsweise ausschließlich für das medizinische Personal.“

Signalfarbe

Sensor-Materialen können nicht nur etwas über den Gesundheitszustand aussagen, sondern auch die Beschaffenheit der Umwelt anzeigen. Die neueste Entwicklung der Fraunhofer EMFT ist dabei ein Schutzhandschuh. Dieser verfärbt sich von weiß zu blau, wenn sich toxische Stoffe in der Luft befinden. Dabei kann der Handschuh unterschiedliche Giftstoffe nachweisen, etwa Kohlenmonoxid oder Schwefelwasserstoff. Die Technologie ist nicht auf Kleidung oder Stoff als Trägermaterial angewiesen. „Man könnte auch Rohrleitungen beschichten oder Transportgefäße mit einer zusätzlichen Hülle versehen. Falls ein Leck auftritt, würde eine Farbänderung dann genau anzeigen, wo sich dieses befindet“, sagt Trupp. Andere Einsatzgebiete sieht die Chemikerin in den Bereichen Lebensmittelsicherheit und Verpackung. Indikatorstoffe können in Zukunft auf der Verpackung anzeigen, wenn ein Lebensmittel reif oder abgelaufen ist – und vor allem auch, wann es gerade noch genießbar ist. „Sensor-Farbstoffe könnten verhindern, dass man Lebensmittel wegwerfen muss, obwohl sie noch unbedenklich sind.“ Auch Verpackungen von Medikamenten könnten sich umfärben, wenn sie zu warm gelagert wurden. Vereinzelt werden solche Zeit-Temperatur-Indikatoren bereits industriell eingesetzt. „Denkbar ist auch, dass Transportbeutel für Blutkonserven Kontaminationen, Temperaturänderungen oder Beschädigungen anzeigen.“

Indikator-Logo

Bis man als Konsument Sensor-Textilien mit sinnvollen Funktionen kaufen kann, werden wohl noch einige Jahre vergehen. Wenn man das unterschiedliche Schwitz-Verhalten besser versteht und einzelne Typen festlegen kann, sei es aber durchaus möglich, dass ein verbessertes „Sensor-Shirt“ marktreif werden könnte. Und weil wohl niemand mit grellfarbenen Schweißflecken joggen gehen möchte, hat Trupp auch dazu eine Idee: „Die Indikator-Farbstoffe könnten an einer bestimmten Stelle angebracht sein. Je nachdem, wie der Schweiß des Sportlers zusammengesetzt ist, könnte zum Beispiel das Logo des Herstellers die Farbe ändern.“

Reiner Riedler spielt mittlerweile mit dem Gedanken, die Fotografie durch Sensor-Farbstoffe weiter einzusetzen: „Da man das Tuch auch mit Zitronensaft umfärben kann, könnte man zum Beispiel Abdrücke von Pflanzen erstellen…“

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2013 leicht verändert erschienen in „profil wissen„.

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