Forskere vinder kampen mod sved

Stomiposer og solcremer er to vidt forskellige produkter, men alligevel har de én vigtig ting til fælles: Det er bedst, hvis de bliver siddende fast på huden, så længe man har brug for det. For stomiposer gælder desuden, at det også skal være muligt at få dem af huden igen uden alt for stort besvær. Det kræver stor viden om materialers klæbeevne, og det er netop dét, der har haft ca. ti forskeres fokus i en årrække. I et stort samarbejdsprojekt mellem DTU Kemi og virksomhederne Coloplast og Riemann har man udforsket nye materialesammensætninger, der sikrer, at produkter som Coloplasts stomiposer og Riemanns solbeskyttelse har optimal klæbeevne.

En god klæber skal leve op til mange krav, fortæller Esben Thormann, der er professor ved DTU Kemi og leder af projektet.

"Det vigtigste er naturligvis, at den kan klæbe, men den skal også være så sammenhængende, at man kan fjerne en stomipose, uden at klæbematerialet efterlades på huden,” siger professoren, der gennem mange år har forsket i polymerer. Senest blev hans forskning i sommeren 2020 anerkendt, da han modtog den danske polymerpris ATV | Elastyrenprisen.

Fugt forringer klæbeevne

Polymer er betegnelsen for stoffer – både naturlige og syntetiske – der består af molekyler, som er opbygget af et stort antal gentagelser af en eller flere typer atomer eller atomgrupper bundet til hinanden. Netop polymerer spiller en central rolle i udviklingen af det optimale klæbemateriale.

Klæbeevnen sikres af en særlig gruppe polymerer, som er gode til at skabe en optimal kontakt til huden trods dens ujævne overfladestruktur. Men klæbeevnen bliver især udfordret, når hudoverfladen er fugtig, hvilket den eksempelvis bliver, når man sveder.

Problemet med fugt er, at det forringer klæbeevnen. Når sved pibler ud af hudens svedporer, ophober det sig på hudens overflade og skubber klæbematerialet væk. Desuden kan huden blive ødelagt af den ophobede fugt.

Klæberen skal suge sved

Forskerne har derfor arbejdet på at udvikle en klæber, der er i stand til at absorbere fugten, ved at tilsætte vandsugende partikler, som er særlige, superabsorberende polymerer. De kan opsamle sveden, i takt med at den produceres. Men det skaber et nyt problem, fortæller Esben Thormann:

”Når de vandabsorberende partikler suger fugten til sig, udvider de sig og bliver mange gange større. Hvis der sidder sådan en partikel i overfladen tæt på huden, udvider den sig så meget, at den skubber den klæbende polymer væk fra huden. Så kunne man vælge at komme færre vandabsorberende partikler i, men det er jo kun dem, der er i direkte forbindelse med huden, der kan suge sveden op. Hvis der kun er få af dem, bliver de hurtigt fyldt op – de har begrænset kapacitet. Så udfordringen var at finde en måde, hvorpå vi kunne kombinere de vandafvisende, klæbende polymerer med de vandabsorberende partikler.”

Det lykkedes for forskerne. De fandt frem til en løsning, hvor en konstruktion inde i klæbematerialet gør det muligt at transportere sved væk fra huden gennem klæberens overflade og længere ind i klæbematerialet. Løsningen førte til, at Coloplast har ansøgt om patent på opfindelsen.

Undervejs måtte forskerne finde nye målemetoder, så de kunne få en bedre forståelse af, hvad der skete inden i klæbematerialet. De fandt på at sende strøm igennem og måle på forskellige varianter af klæbemateriale ved hjælp af en metode, der kaldes impedansspektroskopi, hvor materialets elektriske modstand og dets evne til at oplagre elektrisk ladning (kapacitansen) røber vandtransporten.

Væskens faktiske vej gennem klæberen blev også studeret ved hjælp af avanceret mikroskopi hos Danish Molecular Biomedical Imaging Center i Odense, hvor udstyret ellers er designet til at kigge ind i biologisk materiale.

Hudmodel med kunstig sved

Med målemetoderne kunne forskerne få en god forståelse af, hvordan vand, sved eller for den sags skyld flydende indhold fra lækkende stomiposer opfører sig i klæberen. Spørgsmålet var så, hvordan en nyudviklet klæber rent faktisk klarede sig på svedende hud.

Intet slår afprøvning på rigtige mennesker, men alle har forskellig hud og sveder forskelligt, og selv den enkelte forsøgsperson ville svede forskelligt fra gang til gang, fortæller Esben Thormann:

”Kliniske studier vil give meget store variationer og være en dyr og ikke specielt egnet metode til at screene og udvikle nye materialetyper.”

Hidtil har man typisk brugt grisehud til test af klæber, men nu ville forskerne gerne udføre test på det, der svarer til en hud, der begynder at svede. Forskerne satte sig derfor for at fremstille laboratoriemodeller, som var gode efterligninger af menneskehud.

Forskerholdet tog udgangspunkt i gelatine, også kendt som husblas, der udvindes af animalske produkter som bl.a. svinehud. Rent kemisk ligner gelatine hud, men det skulle også opføre sig som rigtig hud – det skulle have den rigtige struktur, evne til at optage vand og ikke mindst kunne udsondre sved, på samme måde som vores hud gør det.

”Vi kunne få vores hudmodel til at svede ved at bore små huller i den og pumpe vand igennem, men det virkede ikke ordentligt, for hullerne blev ikke lige store, og så kom alt vandet igennem det største hul. Men så hørte vi om en forskergruppe på University of Cincinnati i USA, som havde lavet en model af svedende hud, og vi sendte en af vores ph.d.-studerende derover for at lære om teknikken,” lyder det fra Esben Thormann, der uddyber:

”Med den nye viden kunne vi bygge en model, hvor vi kan kontrollere, hvordan kunstig sved kommer igennem en række små svedporer, der i størrelse og fordeling over huden næsten ligner den ægte vare.

Ny viden er i brug

Nu har forskerne en model, der både fysisk, kemisk og fysiologisk ligner menneskehud, og de kan styre, hvor meget den sveder. De kan eksempelvis simulere et menneske, der dyrker sport og derfor sveder meget. Så kan de forsøge sig med forskellige materialesammensætninger i klæberne, lade dem sidde på i forskellige tidsrum og så måle, hvor nemme eller svære de er at hive af igen.

”Med vores model har vi en ny måde at måle, hvor godt klæberen klæber til svedende hud, og hvor effektivt sveden absorberes. Den nye metode kan være et godt supplement til de gængse testmetoder,” forklarer Esben Thormann. Forskerne arbejder stadig på at udvikle optimale klæbematerialer, men allerede nu er både klæbere, hudmodellen og den elektriske målemetode taget i brug i Coloplast. Det fortæller Kristoffer Hansen, der er forsker og projektleder i virksomheden:

”Vi har fået udviklet nye klæbere, der fungerer bedre med sved, og testmetoderne er blevet integreret i Coloplast. Idéer og teknologier fra projektet bruger vi nu i udviklingsprojekter i virksomheden. Vi har fået nogle værktøjer til at lave nogle ting anderledes, end vi kunne før. Vi har fået en ny forståelse og nogle testmetoder, som kan anvendes til mange forskellige klæbere til mange forskellige formål,” siger han.

Slut med solcreme i øjnene

Også når det gælder solcreme, er de nye testmetoder og den nye materialeforståelse, der imødegår udfordringen med sved, taget i brug. Solcreme og sved er en rigtig dårlig kombination, fordi solcremen simpelthen løber af på grund af sveden.

Nogle dropper ligefrem solcreme i panden, fordi den løber ned i øjnene på dem. Men her er der altså håb forude, fortæller Esben Thormann:

”Vi har taget vores svedende hudmodel og vendt den på højkant, og så har vi smurt solcreme på den øverste del. Så kan vi simulere, hvad der sker med solcreme på en svedende pande, og med et uv-kamera kan vi se, hvordan solcremens uv-filtre flytter sig – som når de løber ned i øjnene hos folk.”

”Med modellen kan vi både måle, hvor meget effektivitet solcremen mister, når man sveder, og i hvor stort omfang den løber ned i øjnene – det har man ikke kunnet måle før. Og vi kan teste nye sammensætninger af ingredienserne i solcreme og se, at vi kan forbedre solcremen ved at kombinere vandskyende og vandsugende partikler på nye måder.”

Riemanns forskningsdirektør, Shadi Jafarzadeh, fortæller, at projektet har givet en dyb forståelse for, hvordan de forskellige ingredienser i solcreme opfører sig, når cremen bliver udfordret af sved. De nye testmetoder er da også rykket ind hos Riemann:

”Nu kan vi afprøve forskellige prototyper hurtigere, billigere og på en etisk måde. Mere specifikt kan vi simulere og studere, hvordan små svedperler kan påvirke, hvor ensartet solcremen beskytter huden, både på et mikroskopisk og makroskopisk niveau,” siger hun og fortsætter:

”Så kan vi finde de optimale ingredienser til en innovativ solcreme med overlegen svedresistens, så det bliver mere sikkert at udføre fysiske aktiviteter i solskin.”

Det store samarbejdsprojekt mellem DTU og de to virksomheder afsluttes primo 2021, men Coloplast fortsætter samarbejdet med DTU Kemi for at udvikle klæbematerialer med helt nye egenskaber.