Gedruckte Elektronik macht die Wundauflage flach und flexibel

Bei chronischen und großflächigen Wunden sind nicht nur die betroffenen Hautpartien geschädigt, sondern auch das darunterliegende Gewebe. Eine flexible Wundauflage auf Basis gedruckter Elektronik soll die Wundheilung mithilfe von Kaltplasma fördern. Dafür haben Coldplasmatech und Schreiner Protech ihre Kompetenzen vereint.

Bei kleineren Verletzungen wie Schnitt-, Riss- oder Platzwunden regeneriert sich die Haut schnell von selbst. Bei chronischen und großflächigen Wunden ist dies allerdings nicht der Fall. Vielmehr sind diese oftmals mit einem langwierigen und schmerzhaften Heilungsprozess sowie den dadurch erforderlichen langwierigen Therapien verbunden. Wundliegegeschwüre, Druckgeschwüre oder auch diabetische Fußgeschwüre sind hierfür ein gutes Beispiel. Jeder routinemäßige Wechsel der Wundauflage ist einerseits notwendig, bedeutet aber auch eine Tortur für den Patienten – und damit eine erneute Verletzung, die den gesamten Heilungsprozess verzögern kann. „Die Patienten leiden sehr stark“, sagt Dr. Carsten Mahrenholz, Chemiker, Biologe und Wirtschaftswissenschaftler und einer der Gründer der Coldplasmatech GmbH aus Greifswald. Das Unternehmen beschäftigt sich mit der Behandlung langsam heilender Wunden durch Einsatz der Kaltplasma-Technologie.

Dr. Mahrenholz und sein Team begannen ihre Arbeit zunächst mit einer Erhebung von Informationen zum Themenkomplex der Wundheilung. Dabei wurde dem Team schnell klar, dass Wundauflagen das Mittel der Wahl darstellen. Denn neben weiteren Vorteilen ergänzen diese bestehende Behandlungsregime und Produkte optimal. Danach stellte sich das interdisziplinäre Team, damals noch an das Leibniz-Institut für Plasmaforschung (INP) angeschlossen, einer neuen Herausforderung: Eine Wundauflage zu konzipieren, welche die Erzeugung des heilenden Plasmas direkt auf der Oberfläche der Wunde ermöglicht.

Violett leuchtendes kaltes Plasma zerstört Bakterien

Die Forschung der INP-Wissenschaftler zeigte, dass kaltes Plasma effizient Bakterien und selbst die gefürchteten antibiotikaresistenten Erreger abtöten kann, die häufig in Krankenhaus- und Hospizumgebungen vorkommen. Kaltplasma wirkt ausschließlich durch physikalische Prozesse, indem es unter anderem die Zellmembranen der Mikroben angreift.

Das an seinem markanten Leuchten erkennbare Kaltplasma stellt ein natürliches Phänomen dar. Plasma bildet sich beispielsweise dann, wenn ein Gas durch starke elektrische Felder strömt, die seine Elektronen von deren Molekülen trennen. Das Gas wird dadurch elektrisch leitfähig und leuchtet leicht violett. Dr. Mahrenholz und sein Team waren überzeugt, dass Plasma heilen kann. Unter Einsatz von Silikontechnologie arbeiteten die Wissenschaftler an einer Lösung für eine Wundauflage, die ein hochenergetisches Gas erzeugt und dieses direkt auf geschädigte Hautpartien aufbringt – dabei Bakterien zerstört und gleichzeitig die Selbstheilungskräfte des Körpers anregt.

Gedruckte Elektronik: Leiterbahnstruktur mit mehreren Funktionsschichten

Als Ergebnis entstand mit dem CPTpatch ein flexibles System in einer Produktreihe von Wundauflagen, die eine Plasmaenergiequelle, den CPTcube, nutzt. „Wir brauchten etwas Leichteres, Reproduzierbareres und Anwenderfreundlicheres“, so Dr. Mahrenholz. Coldplasmatech wandte sich dazu an den Folienspezialisten Schreiner Protech aus Oberleißheim, dessen ingenieurtechnisches Team eine kundenindividuelle EIF-Lösung (Electronics-in-Film) für die nächste CPTpatch-Generation entwickelte. Eine Schlüsselrolle kam dabei der Einbeziehung spezieller gedruckter Elektronik zu.

Die Anforderungen waren vielfältig: Erforderlich war zum einen eine flexible Leiterbahnstruktur für die Wundauflage. Dabei musste die Anwendung mehreren Tausend Volt aus der CPTcube-Energiequelle standhalten, ohne einen Stromschlag zu verursachen. Hochpräzises Drucken und Stanzen waren weitere wichtige Kriterien – ein Erfordernis, das mitunter mit der gebotenen einfachen Herstellbarkeit kollidieren kann. Hier hat Schreiner Protech die idealen, sowohl für medizinische Anwendungen als auch für Produktionseffizienz geeigneten Materialien festgelegt.

Die zweite CPTpatch-Iteration integriert eine Leiterbahnstruktur aus einem Folienverbund mit der Fähigkeit, das Kaltplasma zu erzeugen. Um eine optimale Anpassbarkeit an die Parameter unterschiedlicher Wundauflagen zu gewährleisten, umfasst sie mehrere Funktionsschichten einschließlich Folien, vollständig gedruckter Elektroden, einer Isolationsschicht und Klebstoffen. Als Ergebnis entsteht dadurch eine Lösung, die die Wundheilungsfähigkeiten des ursprünglichen CPTpatch mit geringerem Platzbedarf, geringerer elektrischer Spannung und geringerer Fertigungskomplexität realisiert. (su)