Künstliches Hautmodell: Gelatine statt Unterarm

Schwei­zer For­scher haben ein künst­li­ches Haut­mo­dell auf Gela­ti­ne­ba­sis ent­wi­ckelt.

Die Eigen­schaf­ten von mensch­li­cher Haut hän­gen stark von deren Hydra­ti­on ab, ein­fach gesagt: dem Was­ser­ge­halt. Dies ver­än­dert etwa auch die Wech­sel­wir­kung mit Tex­ti­li­en. Bis­lang konn­te man die Inter­ak­ti­on von mensch­li­cher Haut mit Tex­ti­li­en nur mit­tels Pro­ban­den­ver­su­chen ermit­teln. Nun haben Empa-For­schen­de ein künst­li­ches Haut­mo­dell auf Gela­ti­ne­ba­sis ent­wi­ckelt, das die mensch­li­che Haut nahe­zu per­fekt simu­liert.

Der Feuch­tig­keits­haus­halt der mensch­li­chen Haut ist ein kom­ple­xes Sys­tem. Feuch­tig­keits­zu­ga­be strafft sie und ver­än­dert ihre Eigen­schaf­ten. Das lässt sich bei­spiels­wei­se bei Hand­werks­ar­bei­ten beob­ach­ten: Ein leich­ter Schweiss­film hilft, Ham­mer oder Schrau­ben­zie­her bes­ser zu grei­fen; über­mäs­si­ges Schwit­zen lässt die Werk­zeu­ge aller­dings abrut­schen. Durch die Feuch­tig­keit schwillt die obe­re Schicht der Haut (Stra­tum cor­ne­um) auf und bie­tet somit eine grös­se­re Kon­takt­flä­che, was mehr Halt ermög­licht. Zu viel Feuch­tig­keit kann aber auch nega­ti­ve Aus­wir­kun­gen haben. Das Resul­tat: Bla­sen an Füs­sen oder Hän­den, Rei­zun­gen oder Aus­schlä­ge. Vor allem in Zusam­men­hang mit Tex­ti­li­en, die unse­re Haut bede­cken, sind sol­che Reak­tio­nen häu­fig und dem­entspre­chend uner­wünscht.

Um das Wech­sel­spiel zwi­schen Haut und Tex­ti­li­en zu tes­ten, wur­den bis­lang Pro­ban­den auf­ge­bo­ten und gebe­ten, ihren Unter­arm bei­spiels­wei­se gegen den zu unter­su­chen­den Stoff zu rei­ben. So konn­te eru­iert wer­den, wie die Haut dar­auf reagiert. Das ist auf­wän­dig, teil­wei­se schmerz­haft und für die Pro­ban­den natür­lich mit einem gewis­sen Risi­ko ver­bun­den. Auch reagie­ren Tex­ti­li­en unter­schied­lich auf die Feuch­tig­keit der Haut­ober­flä­che. Leich­tes Schwit­zen beim Spa­zie­ren, star­kes Schwit­zen bei Aus­dau­er­sport oder das nach Hau­se ren­nen bei einem sint­flut­ar­ti­gen Som­mer­re­gen: Alles hat Ein­fluss.

Pre-Tests am Modell anstatt am Men­schen

In Zukunft wird es nicht mehr nötig sein, dass sich Pro­ban­den an einem T-Shirt rei­ben. Die Empa-For­sche­rin Agnieszka Dabrow­ska hat ein Haut­mo­dell ent­wi­ckelt, das die Eigen­schaf­ten von mensch­li­cher Haut exakt simu­lie­ren kann und das Rei­bungs­ver­hal­ten gän­gi­ger Tex­ti­li­en im tro­cke­nen, feuch­ten und nas­sen Zustand nach­stellt. Und das mit den­sel­ben Resul­ta­ten wie die mensch­li­che Haut. Das Modell kann künf­tig ein­ge­setzt wer­den, um bei der Ent­wick­lung von Tex­ti­li­en zu hel­fen, die direkt mit mensch­li­cher Haut in Berüh­rung kom­men. Dabei ver­än­dert das Modell sei­ne Eigen­schaf­ten exakt in der Wei­se wie ech­te mensch­li­che Haut und kann so ers­te Erkennt­nis­se lie­fern, ohne Men­schen dem Risi­ko aus­zu­set­zen, sich zu ver­let­zen oder Schä­den davon zu tra­gen.

Auch ver­än­dert sich die Ober­flä­che des Haut­mo­dells genau wie ech­ter Haut: Sie dehnt sich beim Kon­takt mit Was­ser aus und wird somit straf­fer. Natür­lich wird ein «Test aufs Exem­pel» mit ech­ter Haut im spä­te­ren Ver­lauf der Tex­til­ent­wick­lung trotz­dem nötig, aber ers­te untaug­li­che Tex­ti­li­en las­sen sich so güns­tig, risi­ko­frei und ohne viel Auf­wand bereits früh­zei­tig aus­sor­tie­ren.

Das Gum­mi­bär­chen macht es vor

Grund­la­ge des Modells ist her­kömm­li­che Gela­ti­ne, die Agnieszka Dabrow­ska auf eine Lage Baum­wol­le bet­tet. Nor­ma­le Gela­ti­ne löst sich aller­dings beim Kon­takt mit Was­ser auf. Um das zu ver­hin­dern, bear­bei­tet Dabrow­ska die Gela­ti­ne und umhüllt sie mit einer Art Git­ter, das die Mole­kü­le zusam­men­hält und so ein Auf­lö­sen ver­hin­dert. Das pas­siert durch einen so genann­ten cross-link, bei dem Poly­mer­ket­ten che­misch mit­ein­an­der ver­bun­den wer­den, um die phy­si­ka­li­schen Eigen­schaf­ten zu ver­än­dern. «Zuerst woll­te ich mit Kera­tin arbei­ten», so Dabrow­ska. Kera­tin ist ein was­ser­un­lös­li­ches Faser­pro­te­in der Haut. Das Pro­dukt ist aller­dings äus­serst teu­er. «Gela­ti­ne hat ähn­li­che Eigen­schaf­ten wie Kera­tin, ist aber deut­lich bil­li­ger», sagt Dabrow­ska. «Es gibt auch For­scher, die bei­spiels­wei­se Ver­su­che mit Gum­mi­bär­chen gemacht haben.» Auch sie deh­nen sich beim Kon­takt mit Was­ser aus – genau wie die mensch­li­che Haut. Das Modell aus Gela­ti­ne kos­tet nur weni­ge Schwei­zer Fran­ken im Ver­gleich zu einem Modell aus Kera­tin, das schnell in die paar Tau­send Fran­ken gehen kann. Empa-For­sche­rin Dabrow­ska geht aller­dings noch einen Schritt wei­ter: Zur­zeit hängt das Modell zur Befeuch­tung noch an Kabeln und Schläu­chen, das soll sich bald ändern. Ihr Team möch­te die künst­li­che Haut aus eige­nen Poren schwit­zen las­sen, um der Rea­li­tät noch ein Stück näher zu kom­men.

Quelle
Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
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