Entwicklungen für nadelfreie Injektionen
Jeden Tag werden etwa 44 Millionen Nadeln verwendet. Nadeln sind von grundlegender Bedeutung in den Bereichen Impfung, Blutentnahme und Medikamentenverabreichung. Außerdem werden Millionen von Tattoos mit Nadeln gestochen. Doch Nadeln erfordern einen richtigen Gebrauch, lösen bei vielen Menschen Angst aus und erzeugen eine Menge Abfall. Die Möglichkeit, Flüssigkeiten ohne Nadeln in Weichgewebe zu injizieren, könnte tiefgreifende Auswirkungen im Gesundheitswesen wie auch darüber hinaus zeitigen. Eine vielversprechende Methode ist der Einsatz von Mikrofluidstrahlen unter hohem Druck zur Durchdringung der Oberfläche – ein Ziel, das einfach klingen mag, erfahrungsgemäß aber erstaunlich schwierig zu erreichen gewesen ist. David Fernandez Rivas(öffnet in neuem Fenster), ausgebildeter Kerningenieur und derzeit Professor an der Universität Twente, hofft, hierbei erfolgreich zu sein. „Da Menschen mit Tätowierungen stigmatisiert werden und Patientinnen und Patienten (z. B. mit Diabetes) Hürden und Diskriminierungen überwinden müssen, habe ich untersucht, wie andere Technologien bislang für Injektionen ohne Nadeln eingesetzt wurden“, sagt er. „Meine Tätigkeit als Ingenieur zeichnet sich durch eine disziplinen- und grenzenüberschreitende Arbeit aus.“ Fernandez Rivas koordinierte das EU-finanzierte Projekt BuBble Gun(öffnet in neuem Fenster) und leitete ein Forschungsteam, das die Steuerung der Mikrofluidstrahlen verbesserte. Das Team widmete sich einer sauberen Durchdringung ohne Spritzer oder Zerstäubung, da diese zu Verunreinigungen oder Dosisänderungen führen können.
Die Tröpfchenballistik erforschen
Das Team führte die Versuche hauptsächlich im Labor durch und nutzte dabei Mikrofluidik- und optische Komponenten, um verschiedene Flüssigkeiten als Tröpfchen auszustoßen. „Die Ballistik solcher Tröpfchen ermöglichte uns die Untersuchung überaus interessanter Phänomene, einschließlich der Auswirkungen auf Hautersatzmaterialien, als ersten Schritt hin zu (zukünftigen ) Injektionen ohne Nadeln“, merkt Fernandez Rivas an. Die Technik(öffnet in neuem Fenster) des Teams basiert auf der Verwendung eines Lasers zur Erhitzung einer Flüssigkeit in einem kleinen Kanal. Mit steigender Temperatur bildet sich eine schnell wachsende Blase, aus der schnell fließende Strahlen mit sehr kleinen Abmessungen, die mit der Größe von Hautzellen vergleichbar sind, hervorgehen. „Dadurch können wir Hautinjektionen oder -imprägnierungen vornehmen, ohne diese zu beschädigen, wie es bei Nadeln der Fall ist“, erklärt Fernandez Rivas.
Prototypendesigns auf Laserbasis
Eines der wichtigsten Ergebnisse des Projekts war die Verwendung verschiedener Laser in Kombination mit mehreren Mikrofluidkanaldesigns. Dies ermöglichte es dem Team, einen breiten Parameterbereich(öffnet in neuem Fenster) zu etablieren, um die zukünftige Entwicklung von winzigen Strahlen für biomedizinische und andere Anwendungen zu fördern. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben sich bereits mehrere Patente für ihre Technologie gesichert und drei Machbarkeitsstudien durchgeführt. Die erfolgreiche(öffnet in neuem Fenster) Arbeit wurde mit einer Reihe(öffnet in neuem Fenster) von Auszeichnungen(öffnet in neuem Fenster) bedacht, die laut Fernandez Rivas die Relevanz des Projektansatzes untermauern.
Vom 3D-Druck bis zu Pflanzeninjektionen
Die erfolgreiche Entwicklung nadelfreier Injektionen könnte weitreichende Auswirkungen in Bereichen wie der additiven Fertigung (3D-Druck) haben. „Durch das Aufbringen kleiner Mengen verschiedener Materialien kann man die Eigenschaften neuer Werkstoffe besser steuern oder die bestehenden verbessern“, bemerkt Fernandez Rivas, dessen BuBble Gun-Projekt durch den Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) finanziert wurde. In den vergangenen Jahren hat das Team Pflanzeninjektionen, ex-vivo-Hautinjektionen und Injektionen verschiedener Flüssigkeiten mit Relevanz für chemische Verfahren erprobt. Dank des erfolgreichen Projekts engagierte sich Fernandez Rivas als Mitbegründer des Spin-off-Unternehmens FlowBeams(öffnet in neuem Fenster), das auf die zukünftige Vermarktung der nadelfreien Technologie abzielt. „Wir haben vor Kurzem auch eine Finanzhilfe via EIC Transition(öffnet in neuem Fenster) erhalten, um den Technologiereifegrad des Produkts zu verbessern, und weitere Preise gewonnen, darunter der diesjährige CES Las Vegas Innovation Award(öffnet in neuem Fenster)“, sagt Fernandez Rivas. „Unser oberstes Ziel ist die Entwicklung einer Technologieplattform, die nachhaltige und patientenfreundliche Lösungen ermöglicht, namentlich Future Under Our Skin(öffnet in neuem Fenster).“
