Abbaubare Körperelektroden aus carboxyliertem Chitosan und Sulfobetain-Methacrylat

Tragbare Elektroden, über welche vielfältige Körperfunktionen gemessen werden, verursachen elektronischen Abfall und müssen im Fall von Implantaten aufwändig entfernt werden. In der präsentierten Studie wird ein vollständig zersetzbares Materialgemisch mit Chitosan vorgestellt, welches auch bei hoher körperlicher Belastung Bewegung und Schweiß standhält.

Netzwerk aus carboxyliertem Chitosan, Sulfobetain-Methacrylat, Glycerol und Wasser eignet sich als zersetzbares, antibakterielles Elektrodenmaterial

Ye, G., Song, D., Song, J., Zhao, Y., Liu, N., A Fully Biodegradable and Biocompatible Ionotronic Skin for Transient Electronics. Adv. Funct. Mater. 2023, 2303990. https://doi.org/10.1002/adfm.202303990

Von den klassischen medizinischen Anwendungen wie EEG, EKG und EMG, welche Gehirn-, Herz- und Muskelaktivität messen, bis zu neueren Einsatzmöglichkeiten wie Fitnessuhren und der Steuerung von Robotern – Körper- oder Hautelektroden sind für viele Zwecke beliebt. Allerdings verursachen die typischen Silberchlorid Elektroden sehr viel Elektroschrott.

Unter milden Bedingungen abbaubare Elektroden würden somit die Entstehung des Abfalls verhindern. Außerdem weisen sie einen weiteren großen Vorteil auf. Für manche Messungen ist es notwendig, Elektroden zu implantieren und anschließend wieder aufwändig zu entfernen. Bei zersetzbaren Materialien würde diese Sekundäroperation wegfallen, was Kosten und Risiken minimieren würde.

In der präsentierten Studie wurde ein Netzwerk aus Biopolymeren verwendet, deren Biokompatibilität und Zersetzbarkeit schon aus vorherigen Veröffentlichungen bekannt ist. Die elektrische Leitfähigkeit wurde vor allem durch das polyelektrolytische Sulfobetain-Methacrylat oder SBMA gegeben, während Chitosan vor allem dem Zusammenhalt des Gemischs dient und antibakterielle Eigenschaften aufweist. Hier wurde carboxyliertes Chitosan mit einem Deacetylierungsgrad von über 99% verwendet. Eine Vielzahl an Chitosan-Derivaten finden Sie auch in unserem Online-Shop. Das Stoffgemisch wird vor allem durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Chitosan und elektrostatische Anziehungskräfte zwischen SBMA zusammengehalten, während Glycerol und Wasser als Wasserstoffbrückenbindestellen dienen.

Ergebnisse

• Abbau in phosphatgepufferter Salzlösung bei Raumtemperatur in drei Tagen
• über drei Monate an der Luft haltbar
• antibakteriell und hohe Zellkompatibilität
• Bewegung und Schweiß schränken die Funktionalität kaum ein
• vergleichbare bis bessere Ergebnisse als herkömmliche Silberchlorid Elektroden
• Haftet gut an der Haut

Schlussfolgerung: Chitosan kann in abbaubaren Körperelektroden verwendet werden und dabei helfen, Elektroschrott zu reduzieren und Sekundäroperationen zur Entfernung von Elektroden überflüssig zu machen.

Link zum Artikel: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202303990