Farbveränderndes Material könnte verwendet werden, um traumatische Hirnverletzungen zu signalisieren

Ein Kopftrauma kann Hirnschäden verursachen, die schwerwiegende Auswirkungen auf die langfristige Gesundheit haben, aber es kann schwierig sein, solche Verletzungen zu bemerken, wenn sie auftreten. Um dieses Problem zu lösen, hat ein Team von Forschern ein Material entwickelt, das sich je nachdem, wie stark es getroffen wird, in verschiedene Farben ändert.
Beim Sport können Kopfverletzungen auftreten, aber es ist oft schwierig, das Ausmaß der Schädigung des Gehirns festzustellen.

Sie hoffen, dieses Material in einer schützenden Kopfbedeckung zu verwenden und Menschen wie Soldaten und Sportspieler zu schützen, indem sie einen Hinweis geben, wenn ein Aufprall ernsthafte Schäden verursachen könnte.

Das Team von der University of Pennsylvania wird ihre Entdeckung auf dem 250. National Meeting & Exposition der American Chemical Society präsentieren.

Kopfverletzungen, wie sie durch Bombenexplosionen auf dem Schlachtfeld und schwere Tackles auf dem Spielfeld verursacht werden, wurden als Ursache verschiedener langfristiger Gesundheitsprobleme, einschließlich Demenz und Gedächtnisverlust, identifiziert.

Leider kann es schwierig sein, das volle Ausmaß von Kopfverletzungen sofort zu verstehen, was dazu führt, dass viele Soldaten und Athleten weiterhin an Aktivitäten teilnehmen, die sie einem weiteren Risiko aussetzen.

Die Lösung dieses Problems bestand für die Forscher darin, ein Material zu entwickeln, das auf bestimmte Grade von Kraft reagiert, indem es die Farbe ändert, wodurch ein visueller Hinweis auf das Ausmaß des Schadens gegeben wird.

"Wenn die Kraft groß genug wäre, und das könnte man leicht sagen, dann könnte man sofort einen Arzt aufsuchen", sagt Co-Autor und Postdoktorand Shu Yang.

Das Team begann mit einem Prozess namens holographische Lithographie, um Kristalle zu entwickeln, deren Strukturen ihnen bestimmte Farben gaben. Wenn Kraft angewendet wurde, wurden ihre inneren Strukturen verändert und anschließend änderte sich ihre Farbe.

Solche Kristalle waren leichtgewichtig und brauchten keine Energie, um zu funktionieren, was sie für die Verwendung in Schutzausrüstung geeignet machte. Die Kosten für die Herstellung der Kristalle waren jedoch hoch, was sie für die Massenproduktion ungeeignet machte.

Das Material ändert sich in verschiedene Farben, je nachdem, wie viel Kraft angewendet wird

Als Alternative entschied sich das Team für selbstorganisierende Polymere - Molekülketten, die sich unter bestimmten Bedingungen zu Kristallen mit bestimmten Farben verbinden. Wenn die angewandte Kraft wiederum die innere Struktur dieser Kristalle verändert, ist das Ergebnis eine Veränderung der Farbe.

Schnelle Fakten über traumatische Hirnverletzungen

• Gehirnerschütterung kann als Verletzung des Gehirns durch einen Schlag oder heftiges Schütteln definiert werden
• Eine traumatische Hirnverletzung trägt zu etwa 30% aller Todesfälle durch Verletzungen in den USA bei
• Im Jahr 2010 wurden rund 2,5 Millionen Notaufnahmen, Krankenhausaufenthalte oder Todesfälle mit traumatischen Hirnverletzungen assoziiert.

Erfahren Sie mehr über traumatische Hirnverletzungen

"Der Film kann die Farbänderung zeigen, je nachdem wie stark und wie schnell die Kraft angewendet wird", erklärt Co-Autor Younghyun Cho.

Mit einer Kraft von 30 Millinewton (mN) auf das Material - was einem Auto entspricht, wenn es mit einer Geschwindigkeit von 80 Meilen pro Stunde auf eine Mauer trifft - wandelte sich die Farbe der Kristalle von Rot in Grün um. Im Vergleich dazu führte eine Kraft von 90 mN - was einem LKW entspricht, der auf eine Ziegelmauer trifft - dazu, dass sich die Kristalle von rot nach violett verändern.

Yang sagt, dass die Kräfte, die die Farbe des Materials verändern, von einer Bombenexplosion zu einer Erschütterung, die einen Schlag auf ein Sportfeld verursacht, reichen.

Während diese ersten Ergebnisse ermutigend sind, bleibt noch einiges zu tun. Yang plant, die Materialien, die dem Team zur Verfügung stehen, so weiterzuentwickeln, dass sie erkennen können, wie schnell eine bestimmte Kraft angewendet wurde. Die Geschwindigkeit des Aufpralls ist wichtig zu wissen, da sie das Ausmaß des Schadens beeinflusst, der dem Gehirn zugefügt wird.

Cho glaubt, dass die Technologie in den nächsten Jahren für Sporthelme und Militärhelme bereit sein könnte.

Vorher, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine Studie, die in. veröffentlicht wurde JAMA Neurologie das bewertete die Verbindung zwischen Gehirnerschütterung und langfristiger Gehirnbeeinträchtigung bei pensionierten Spielern der National Football League (NFL).

Die Forscher fanden heraus, dass eine entfernte Anamnese der Gehirnerschütterung mit Bewusstseinsverlust mit einer späteren Abnahme des Gedächtnisvolumens im Hippocampus einherging.