Por­trait Anna Maria Coclite: Künst­li­che Haut mit Gefühl

10.11.2022 | Politik

Wäh­rend die bis­her ent­wi­ckel­ten Arten von künst­li­cher Haut nur auf Druck reagier­ten, reagiert die von Anna Maria Coclite ent­wi­ckelte Smart Skin auch auf Feuch­tig­keit und Tem­pe­ra­tur. Und toppt mit 20.000 Sen­so­ren pro Qua­drat­mil­li­me­ter beson­ders sen­si­ble Regio­nen der mensch­li­chen Haut.

Ursula Scholz

Als Kind wollte Anna Maria Coclite Astro­nau­tin wer­den – und als Che­mi­ke­rin und Mate­ri­al­for­sche­rin hat sie sich schließ­lich in die höchs­ten Sphä­ren hin­auf­ge­ar­bei­tet: Ihr ist es gelun­gen, in feins­ten Schich­ten eine Form von künst­li­cher Haut zu erfin­den, die gleich auf drei Sti­muli reagiert. „Mein Ziel war es, die sen­so­ri­schen Funk­tio­nen der Haut so umfas­send wie mög­lich zu rekon­stru­ie­ren“, erzählt die 39-jäh­rige außer­or­dent­li­che Pro­fes­so­rin für Fest­kör­per­phy­sik an der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Graz. Die drei Emp­fin­dungs­mög­lich­kei­ten ihrer Smart Skin stellt sie mit­tels dreier inter­agie­ren­der Mate­ri­al­kom­po­nen­ten her: Auf eine netz­ar­tige Scha­blone aus Poly­ure­than wird in deren Löcher zunächst Zink­oxid und dann ein Hydro­gel auf­ge­tra­gen. Trifft Feuch­tig­keit auf das Hydro­gel oder vari­iert die Umge­bungs­tem­pe­ra­tur, ver­än­dert es seine Form und trifft auf die pie­zo­elek­tri­sche Zink­oxid-Schicht, die dar­auf – ebenso wie auch auf Druck von außen – mit einem elek­tri­schen Signal reagiert.

All diese Vor­gänge spie­len sich in kleins­ten Dimen­sio­nen ab: Die Mate­ri­al­schich­ten sind im Mikro­me­ter­be­reich ange­sie­delt und wer­den in Vakuum-Reak­to­ren auf­ge­dampft. Geschich­tet wird ver­ti­kal – also sozu­sa­gen in Stäb­chen-Form –, denn bei hori­zon­ta­ler Schich­tung kann der Reiz nie so punk­tu­ell auf­ge­nom­men wer­den: Immer wird die Nach­bar­re­gion in die Wahr­neh­mung mit ein­be­zo­gen. Mit 20.000 Sen­so­ren pro Qua­drat­mil­li­me­ter toppt die SmartS­kin beson­ders sen­si­ble Regio­nen der mensch­li­chen Haut.

Wäh­rend die bis­he­ri­gen Arten von künst­li­cher Haut meist aus­schließ­lich auf Druck reagie­ren, sind bei Cocli­tes Smart-Skin Feuch­tig­keit und Tem­pe­ra­tur zusätz­li­che Para­me­ter. Aller­dings las­sen sich reine Druck­sen­so­ren bereits mit dem mensch­li­chen Gehirn ver­bin­den – ein Ziel, das Coclite auch für ihre Vari­ante der künst­li­chen Haut anstrebt, aber noch nicht erreicht hat. Der Mehr­wert der Tem­pe­ra­tur-Sen­si­ti­vi­tät lässt sich an fol­gen­dem Bei­spiel ver­an­schau­li­chen: Eine Pro­these, die Druck wahr­nimmt, ermög­licht dem Trä­ger, einen Becher zu ergrei­fen und an die Lip­pen zu füh­ren. Reagiert die Pro­these aber zusätz­lich auf die Tem­pe­ra­tur, wird deren Trä­ger den Becher mit dem noch zu hei­ßen Tee gar nicht erst zum Mund füh­ren. In puncto Tem­pe­ra­tur möchte Coclite die Fähig­kei­ten ihrer SmartS­kin eben­falls erwei­tern: „Der­zeit erkennt die SmartS­kin die Spanne zwi­schen 30 und 50 Grad Cel­sius. Da ver­schie­dene Hydro­gele aber jeweils eine eigene kri­ti­sche Tem­pe­ra­tur haben, suchen wir nach zusätz­li­chen Stof­fen, um einen grö­ße­ren Bereich – etwa ab zehn Grad – abzudecken.“

Mikro­or­ga­nis­men ertasten

Mög­li­che Ein­satz­be­rei­che für die SmartS­kin und ihre zukünf­ti­gen Vari­an­ten sind neben der Pro­the­tik auch die Robo­ter­chir­ur­gie. Durch die ultra­feine Auf­lö­sung des Ertas­te­ten soll es sogar mög­lich wer­den, Mikro­or­ga­nis­men wahr­zu­neh­men, in letz­ter Kon­se­quenz also auch, Bak­te­rien zu spü­ren. Expe­ri­men­tiert wird mit allen drei Kom­po­nen­ten: mit dem Mate­rial der Scha­blone – hier könnte etwa Sili­kon für Fle­xi­bi­li­tät sor­gen –, mit den Hydro­ge­len und der Zink­oxid-Schicht. Lie­ßen sich die sen­so­ri­schen Mate­ria­lien auch wie Farbe auf Tex­ti­lien auf­tra­gen, wären smarte Hand­schuhe, Socken, aber auch T‑Shirts denk­bar. Sie könn­ten die Haut­feuch­tig­keit beim Sport über­wa­chen, aber auch Infor­ma­tio­nen über den pH-Wert der Haut liefern.

For­schung für die Anwendung

Ein Haupt­ziel für Coclite war immer die Anwend­bar­keit ihrer For­schungs­er­geb­nisse. Als Toch­ter zweier Mathe­ma­ti­ker ent­schloss sie sich bewusst für die ange­wandte Wis­sen­schaft und stu­dierte in ihrer Hei­mat­stadt Bari Che­mie, absol­vierte dort den Mas­ter in Che­mi­scher Wis­sen­schaft und Tech­no­lo­gie und dis­ser­tierte bereits über ultra­dünne Schich­ten und deren Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten. Anschlie­ßend forschte sie drei Jahre lang am Mas­sa­chu­setts Insti­tute of Tech­no­logy in Bos­ton, bevor sie die Sehn­sucht nach der Hei­mat wie­der nach Europa brachte. „Es war sehr cool, dort zu arbei­ten und die Infra­struk­tur nut­zen zu kön­nen. Aber ich wollte zurück nach Europa.“ In Graz fand sie die Mög­lich­keit, sich nicht allzu weit von ihrer süd­ita­lie­ni­schen Hei­mat ent­fernt zu habilitieren.

„Ich ver­misse schon noch die war­men, tro­cke­nen Som­mer. Die Luft ist ein­fach ganz anders daheim“, erzählt Coclite. „Aber min­des­tens drei­mal im Jahr fahre ich mit mei­ner Fami­lie nach Ita­lien.“ Mit den bei­den klei­nen Kin­dern stellt aller­dings auch eine inner­eu­ro­päi­sche Reise durch­aus eine Her­aus­for­de­rung dar. Frei­zeit für nicht Fami­lien-bezo­gene Akti­vi­tä­ten bleibt neben dem Job der­zeit keine. „Vor der Geburt mei­ner Kin­der habe ich viel Yoga gemacht“, so Coclite. „Jetzt gehen wir in den Park, auf den Spiel­platz, lesen mit­ein­an­der, legen Puz­zles …“ Ihrer Toch­ter vor­zu­le­ben, dass auch Mäd­chen und Frauen jeden erdenk­li­chen Beruf ergrei­fen kön­nen – und darin erfolg­reich sein kön­nen –, ist ein prio­ri­tä­res Ziel von Coclite.

Coclite hat ihre Stu­dien jeweils Magna cum laude abge­schlos­sen und ver­folgt ihre Ziele mit Eifer, Aus­dauer und Geduld. Dabei kommt auch der Humor nicht zu kurz, etwa wenn sie vor Stu­den­ten über ihre For­schungs­er­kennt­nisse spricht. Da will sie mit ihnen kom­mu­ni­zie­ren und neben ihrer Exper­tise auch ihre uner­schöpf­li­che Begeis­te­rung ver­mit­teln. Mit einem Film­aus­schnitt aus „Mrs. Doubt­fire – das sta­che­lige Kin­der­mäd­chen“ etwa illus­triert sie, wie wich­tig Tem­pe­ra­tur­sen­so­ren der Haut sind. Nur ein aus­ge­stopf­ter Busen kann – so wie im Film – beim Kochen Feuer fan­gen, rich­tige Haut hätte längst die Hitze gespürt. Seriöse Infor­ma­tion und humor­volle Auf­be­rei­tung sind für Coclite kein Widerspruch.

Einen Teil ihres Erfol­ges ver­dankt die junge Pro­fes­so­rin ihrer opti­mis­ti­schen Ein­stel­lung. „Jeder Schritt ist ein Schritt, auch wenn er im Moment noch nicht zum Erfolg führt“, betont sie. „Ob etwas wirk­lich ein Miss­erfolg ist, stellt sich ja erst mit der Zeit her­aus.“ Die zahl­rei­chen natio­na­len wie inter­na­tio­na­len Aus­schrei­bun­gen, an denen sie mit ihrem Team mit dem Pro­jekt teil­nimmt, sieht sie nicht als läs­tige Pflicht an, son­dern als „Denk­mög­lich­keit, in wel­che Rich­tung unser Team noch gehen könnte“. Schon im Jahr 2016 ist es ihr gelun­gen, einen Star­ting Grant des Euro­pean Rese­arch Coun­cil in der Höhe von ein­ein­halb Mil­lio­nen Euro zu akqui­rie­ren. Der­zeit ist sie Work Package Lea­der in einem drei­ein­halb Mil­lio­nen-Pro­jekt zum intel­li­gen­ten Ober­flä­chen­de­sign für effi­zi­en­ten Ver­ei­sungs­schutz. Dar­über hin­aus lei­tet sie an der TU Graz das For­schungs­feld „Advan­ced Mate­rial Sci­ence“. Egal, wel­che Pro­jekte sich noch erge­ben wer­den: An der Ent­wick­lung von künst­li­cher Haut möchte Coclite in jedem Fall dran­blei­ben und die Ver­bin­dung zum mensch­li­chen Gehirn.

© Öster­rei­chi­sche Ärz­te­zei­tung Nr. 21 /​10.11.2022