- Der Bereich tragbarer Geräte stagnierte bei neuen Biosensor-Funktionen, jedoch wurden bemerkenswerte Fortschritte erzielt. Das NTU-Team in Singapur entwickelte ein Pflaster, das Schweiß analysiert und Biomarker erkennt. Der hydrogelbasierte Film in diesem Pflaster erkennt Laktat-, Harnstoff- und Glukosespiegel nicht-invasiv. Das Pflaster liefert schnelle Analyseergebnisse und ist präziser als aktuelle Technologien. Die Technologie zeigt großes Potenzial und könnte zukünftige tragbare Geräte revolutionieren.
In den vergangenen Jahren schien der Bereich der tragbaren Geräte – denken Sie an Smartwatches und Fitnessbänder – in Bezug auf neue Biosensor-Funktionen ins Stocken geraten zu sein. Ja, die Miniaturisierung von Technik ist keine einfache Aufgabe, aber gleichzeitig haben wir einige bemerkenswerte Fortschritte gesehen, die auf tragbare Geräte abzielen. Der neueste Fortschritt stammt von Experten der Nanyang Technological University in Singapur. Das Team hat ein Pflaster entwickelt, das wie ein gewöhnliches Pflaster aussieht und in der Lage ist, Schweiß zu analysieren und Biomarker zu finden. Im Bereich der Mikrofluidik wird Schweiß als Goldmine für Gesundheitsdaten und als nächstes großes Ziel für tragbare Technologien betrachtet.
Innovative Schweißanalyse
In einem Forschungspaper, das im Journal veröffentlicht wurde, beschreibt das Team einen hydrogelbasierten Film mit separaten chemischen Rezeptoren zur Identifizierung von Laktat-, Harnstoff- und Glukosespiegeln im Schweiß. Diese Methode ist vollkommen nicht-invasiv, was bedeutet, dass alle Daten aus dem Schweiß analysiert werden, der nach jeder Art von Workout auf der Haut erscheint. Das Pflaster enthält einen winzigen Laser, der das Herzstück des Sensors bildet. Diese Anordnung ist in winzige Tropfen aus Flüssigkristall eingebettet, die die Funktionsweise des Lasers steuern. Diese lasergefüllten Tropfen wurden dann auf einem weichen, geleeartigen Material namens Hydrogel platziert, was das Pflaster flexibel und angenehm zu tragen macht.
Das Team behauptet, es sei der erste tragbare Sensor seiner Art, der verschiedene Chemikalien im Schweiß mit unglaublicher Präzision erkennen und messen kann. Besonders bemerkenswert ist, dass er eine breite Palette dieser Chemikalien von sehr kleinen Mengen bis zu viel größeren Konzentrationen erkennen kann. Bei Anwendung auf der Haut verwendet er das Licht des Lasers, um spezifische Chemikalien oder Substanzen im Körper zu erkennen und zu messen. In diesem Fall sind die Biomarker Harnstoff, Glukose und Laktat.
Ein Quantensprung für Gesundheitsüberwachung
Das Beste daran ist, dass dieses Pflaster Analyseergebnisse in nur wenigen Minuten liefern kann und Benutzern den Weg zur Klinik oder den Umgang mit sperrigen Maschinen erspart. Dieses intelligente ‘Pflaster’ könnte helfen, Ihre Gesundheit zu überwachen, ohne in die Finger stechen zu müssen. Das Team verwendete eine App, um die Lichtschwankungsdaten zu lesen und zu interpretieren. „In realen Experimenten nahm das Pflaster winzige Schwankungen der Glukose-, Laktat- und Harnstoffwerte im Schweiß bis zu 0,001 Millimeter (mm) auf, was 100 Mal besser ist als die aktuelle ähnliche Technologie“, so das Team.
„Unsere Innovation stellt eine nicht-invasive, schnelle und effektive Möglichkeit für Diabetes-Patienten dar, ihre Gesundheit zu überwachen. Durch die Kombination eines Mikrolasers mit einem weichen Hydrogel-Film haben wir die Machbarkeit eines tragbaren Lasers demonstriert, um Patienten eine angenehmere Gesundheitsüberwachungserfahrung zu bieten“, erklärt Professor Chen Yu-Cheng von der School of Electrical and Electronic Engineering (EEE) der Institution.
Von den oben erwähnten Biomarkern ist Glukose derzeit ein heißes Ziel für Giganten wie Apple und Samsung. Bislang hat jedoch keine der beiden Firmen die Technologie zur Glukoseanalyse in Smartwatches perfektioniert, und es könnte noch eine Weile dauern, bis wir diese auf dem Markt sehen. Momentan erfordert die Analyse des Blutzuckers zu Hause das Stechen der Haut und das Entnehmen eines Tropfens für die chemische Analyse. Dies ist invasiv und nicht jedermanns Sache.
Die Zukunft der tragbaren Biotechnologie
Das erklärt auch, warum mehrere Teams nach Möglichkeiten forschen, den Blutzuckerspiegel mithilfe von LEDs zu analysieren, wie sie in den Biosensoren von Smartwatches zu sehen sind. Die flexible Haut, die vom NTU-Team entwickelt wurde, ist ein Schritt in die richtige Richtung. Es ist eine kostengünstige und Einweg-Lösung und laut dem Forschungspapier kann „das Spektrum der nachweisbaren Biomoleküle erweitert werden, wie z.B. Medikamente, die im Schweiß ausgeschieden werden, pathologische Chemikalien und andere.“
Im Kontext von Smartwatches und ähnlichen Fähigkeiten ist diese Entwicklung eher eine temporäre Lösung. Das NTU-Team erklärte, dass die Technologie nicht wiederverwendbar ist und sich daher nicht für die Integration in Smartwatches eignet, die mechanische Signale wie Herzschlag und Druck messen, da diese keine Flüssigkeiten für die Messungen benötigen.
Aber unabhängig davon, ob wir dieses Pflaster in eine Smartwatch integrieren können, birgt es enormes Potenzial. Warum es nicht als eigenständiges Produkt sehen?
Neue Horizonte
Zudem kann das intelligente Pflaster des NTU-Teams bereits zwei weitere Klassen von Biomolekülen erkennen: Laktat und Harnstoff. Durch den Austausch der cholesterischen Flüssigkristalltropfen im Hydrogel-Film könnte das Pflaster sogar noch mehr Biomoleküle erkennen. Ein Beispiel: Harnstoff. Es gibt eine starke Korrelation zwischen Harnstoffspiegeln im Schweiß und diabetesbedingten Problemen sowie Nierenproblemen.
Ein weiteres Beispiel ist Laktat. Die Analyse der Laktatwerte könnte ein Segen für Athleten sein, da dieser chemische Stoff im Schweiß verwendet wird, um den Leistungsstand zu messen. Forschung bestätigt, dass wir am Rande eines weiteren Sprungs in der tragbaren Biosensorik stehen.
Alles, was noch fehlt, ist eine Marke, die bereit ist, mit einer neuen Produktkategorie zu experimentieren oder auf der Forschung aufzubauen, die in ihr Ingenieurwesen für Smartwatches und Bänder fällt.
