Sonnenlicht tut gut und fördert die Produktion von den lebenswichtigen Vitamin D im menschlichen Organismus. Zuviel UV-Strahlung kann jedoch sehr negative Auswirkungen haben und zum Beispiel zu Hautkrebs führen. Um lebensgefährliche Folgen wie Hautkrebs zu reduzieren, haben Forscher der Clarkson University jetzt mit Hilfe von 3D-Druck Biosensoren entwickelt. Diese sollen künftig für ein besseres Bewusstsein gegenüber Sonnenstrahlung sorgen.

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Forscher der New Yorker Clarkson University haben mit einer neu entwickelten Biotinte hautkompatible Biosensoren im 3D-Druckverfahren angefertigt, mit denen sie eine mögliches „Zuviel“ an UV-Strahlen den Menschen anzeigen können. Jährlich erkranken laut der American Cancer Society 1,7 Millionen Menschen in den USA an Hautkrebs und allein 2020 werden 6.850 Patienten an Melanomen sterben. Da ist es wichtig, das UV-Lichtniveau, dem die Menschen ausgesetzt sind, zu reduzieren, wie die Universität in einer in einer Pressemitteilung schreibt. Ihre Arbeit zu den Sensoren haben die Forscher im Fachjournal Applied Materials and Interfaces unter dem Titel „3D Printed Hydrogel-Based Sensors for Quantifying UV Exposure“ veröffentlicht.

Details zu Biotinte

Die Hauptautorin der Arbeit, Silvana Andreescu, erklärt, dass das 3D-Bioprinting für die Herstellung gewählt wurde, weil der Druckvorgang kostengünstig, sehr anpassungsfähig und zugänglich ist.

„Wenn die Titanpartikel des Sensors durch UV-Licht wie von der Sonne aktiviert wird, verschlechtert sich der Farbstoff und ändert seine Farbe, was auf eine Belichtung hinweist.“

Mit der biokompatiblen Tinte soll ein sicherer kontinuierlicher Hautkontakt ermöglicht werden. Die Tinte besteht aus photoaktiven Titandioxid (TiO2) -Nanopartikeln und mehrfarbigen Farbstoffen, die in einem Hydrogel dispergiert sind. Die Mischung enthält außerdem Alginat und Gelatine, damit die benötigte Viskosität und gelartige Textur für die mechanische Stabilität erreicht wird.

Herstellung und Tests

Biosensor der Clarkson University
Für die Biosensoren wurde eine Biotinte mit Gelkomponenten gemischt (hier zu sehen) (Bild © Applied Materials and Interfaces).

Die photokatalytischen Fähigkeiten von TiO2 ermöglichen es, organische Materialien über eine Reihe von Reduktions-Oxidations-Kettenreaktionen zu zersetzen. In einer verkleinerten Version des Mechanismus haben die Forscher die Zersetzung von grünen, orangefarbenen und blau gefärbten Farbstoffen initiiert, sobald diese der UV-Strahlung ausgesetzt waren.

Es folgte die Herstellung einer Reihe von grundlegenden Prototypen mit dem Allevi 2 3D Bioprinter. Anschließend wurden diese getestet. Mit einer Nanoindentation an fünf verschiedenen Punkten überprüften sie die mechanische Stabilität und Gleichmäßigkeit ihrer 3D-Druckgeräte.

Ergebnis

Sie kamen zum Ergebnis, dass es eine geringe Abweichung der Härte zwischen den Modellen gibt. Das weist auf starke mechanische Eigenschaften und eine hohe Verteilung der TiO2-Partikel. Die verschiedenfarbigen Farbstoffe wurden unterschiedlich schnell auf die gleiche UV-Belichtung abgebaut.

Ihre Geräte können an die Hautempfindlichkeit oder den Melaninspiegel des Trägers entsprechend der Hautbedürfnisse angepasst werden. Für die Forscher ist ihre Entwicklung eine kostengünstige, zugängliche und anpassbare Lösung, die sich als wertvolle Plattform für zukünftige Forschung erweisen könnte. Forschern aus Spanien haben mittels 3D-Druck die Probleme bei Strahlentherapie bei Hautkrebs reduziert.

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