Spritze ohne Nadel: Mikrogele als winzige Helfer
Ein Flüssigkeitsstrahl statt eines Nadelstichs. Winzige weiche Teilchen könnten helfen, Medikamente zuverlässiger durch die Haut zu bringen.
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Sind Spritzen künftig nicht mehr nötig? Feine Flüssigkeitsstrahlen könnten Medikamente unter die Haut bringen. Mikrogele sollen helfen. © Triggermouse/pixabay
Es wäre eine gute Nachricht für Menschen mit Angst vor Spritzen: Medikamente zu bekommen, ohne dass eine Nadel in die Haut sticht. Möglich machen könnten das extrem dünne Flüssigkeitsstrahlen, die den Wirkstoff durch die Haut befördern. Forschende unter Leitung der TU Darmstadt haben jetzt herausgefunden, wie sich solche Strahlen stabiler machen lassen. Dabei helfen winzige, weiche Partikel, sogenannte Mikrogele. An der Studie waren auch Forschende des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW Dresden) beteiligt.
Mikrogele sind weniger als ein Tausendstel Millimeter groß. Treffen Wasser und Luft aufeinander, können sich die weichen Partikel an der Wasseroberfläche anlagern. Dort verringern sie die Oberflächenspannung, also die Kraft, die die Oberfläche des Wassers zusammenhält. Ähnlich wirken Tenside, die zum Beispiel in Seife oder Spülmittel stecken. Die in der Studie verwendeten Mikrogele sind ungiftig.
Weiche Partikel halten länger zusammen
Für ihre Versuche mischten die Forschenden Mikrogele in einen Wassertropfen. Ein spezieller Chip brachte den Tropfen so in Schwingung, dass daraus ein extrem dünner Wasserstrahl entstand. Eine Hochgeschwindigkeitskamera zeichnete auf, wie lange er stabil blieb.
Dabei zeigte sich ein überraschender Effekt. Obwohl die Mikrogele winzig sind, beeinflussen ihre Eigenschaften einen Flüssigkeitsstrahl, der sich über einen Zentimeter erstreckt. "Je weicher die Partikel waren, desto länger blieb der Wasserstrahl stabil“, sagt Amin Rahimzadeh von der TU Darmstadt.
Wie fest die Mikrogele sind, konnten die Forschenden schon bei ihrer Herstellung verändern. Die weicheren Teilchen verformen und dehnen sich stärker. An der Oberfläche des Wasserstrahls bleiben sie dadurch besser miteinander verbunden. Steifere Mikrogele lösen sich leichter voneinander. Dann wird der Strahl instabil und zerfällt früher. Computersimulationen bestätigten diesen Zusammenhang.
Medikamente ohne Nadel
Spritzen ohne Nadel gibt es bereits. Dabei wird das flüssige Medikament durch eine winzige Öffnung gepresst und so stark beschleunigt, dass der feine Strahl die Haut durchdringen kann. Je nach Verfahren gelangt der Wirkstoff in oder unter die Haut. Solche Systeme werden beispielsweise für Impfstoffe oder Insulin eingesetzt.
Die neue Studie zeigt jetzt, wie ein solcher Flüssigkeitsstrahl möglichst stabil bleibt und welche Rolle Mikrogele dabei spielen können. Je besser sich der Strahl kontrollieren lässt, desto zuverlässiger wären solche Systeme künftig und könnten breiter angwendet werden. Langfristig könnten dadurch auch medizinische Abfälle durch Einwegnadeln reduziert werden.
Die Technik für die Versuche kam aus Dresden. Andreas Winkler und Mehrzad Roudini vom IFW Dresden entwickelten den Versuchsaufbau, mit dem die Forschenden die dünnen Flüssigkeitsstrahlen erzeugten. Sie arbeiten nun daran, diese Technik weiter zu verbessern, damit sich die Strahlen noch genauer erzeugen und steuern lassen.
