Batterieloser Schweißsensor erfasst 21 Tage lang Gesundheitsbiomarker

Im Gegensatz zu bestehenden Wearables, die im Laufe der Zeit an Leistung verlieren, ist dieses System für einen langfristigen Einsatz konzipiert, ohne dass die Genauigkeit nachlässt. Zudem kann es Schweißproduktion auf Abruf auslösen, wodurch kein Sport oder externe Stimulation erforderlich ist.

Das System verbindet sich drahtlos über Near-Field Communication (NFC) mit einem Smartphone oder einem kleinen, am Handgelenk getragenen Lesegerät und kommt ohne herkömmliche Batterie aus. Stattdessen nutzt es das elektromagnetische Feld des Lesegeräts zur Energieversorgung seiner Sensoreinheiten. Selbstreinigender Sensor-Kern Die entscheidende Innovation liegt in der regenerierenden Sensorebene.

Das Gerät legt eine niedrige Spannung an, um die Sensorschicht zu erneuern und dabei sich anlagernde Moleküle zu entfernen, die bei Langzeit-Biosensoren normalerweise die Genauigkeit beeinträchtigen. „Die regenerativen Fähigkeiten des IREM-W2MS3 adressieren eines der größten Hindernisse bei Langzeit-tragbaren Biosensoren: Sensorebenen, die nach wiederholten Messungen an Leistung verlieren, weil Moleküle weiterhin an der Sensorschicht gebunden bleiben", so Rahim Esfandyar-pour, leitender Autor der Studie.

Das System verfolgt gleichzeitig vier Biomarker

Das System verfolgt gleichzeitig vier Biomarker im Schweiß: Cortisol, Glukose, Laktat und Harnstoff. Diese Marker stehen in Verbindung mit Stress, dem Stoffwechsel, körperlicher Belastung und der Nierenfunktion und ermöglichen so einen umfassenden Überblick über den Gesundheitszustand im Zeitverlauf.

Da Schweiß nicht-invasiv gesammelt wird, können Forscher zufolge damit kontinuierliche Überwachung im Alltag unterstützt werden, ohne dass klinische Besuche oder Blutuntersuchungen erforderlich sind. Mehrdimensionale Gesundheitsüberwachung: Der Patch integriert molekulare Sensoren mit Verbesserungen der Umgebungsstabilität, die eine Funktionsfähigkeit unter wechselnden Bedingungen, Luftfeuchtigkeit und pH-Wert gewährleisten.

Er wurde über einen Zeitraum von kontinuierlich getestet, ohne dass eine messbare Signalverschlechterung auftrat. Das Gerät löst zudem eine langjährige Herausforderung im Bereich der tragbaren Gesundheitstechnologie: die Erzeugung ß ohne körperliche Aktivität.

Moegliche Anwendungen

Durch die Aktivierung eines Hydrogels mittels drahtloser Energieübertragung kann das System bei Bedarf die Schweißproduktion für Messzwecke induzieren. „Trotz des raschen Fortschritts in diesem Bereich haben bestehende tragbare Geräte in mehreren kritischen Bereichen stets an Grenzen gestoßen", sagte Esfandyar-pour. „Sie weisen keine ausreichende Umweltstabilität für den Einsatz in der realen Welt außerhalb; ihre Sensorelemente können sich nicht regenerieren und sind daher für wiederholte, langfristige Anwendungen ungeeignet; zudem sind sie in hohem Maße unfähig, mehrere molekulare Biomarker gleichzeitig mit hoher Präzision nachzuweisen." Forscher betonen, dass die Kombination aus Regenerierbarkeit, drahtloser Energieversorgung und Mehr-Biomarker-Erkennung die langfristige Gesundheitsüberwachung bei Erkrankungen wie Diabetes, Stressstörungen, Nierenerkrankungen sowie im Rahmen des Stoffwechselmonitorings praktikabler machen könnte.

Das Team hat über das Beall Applied Innovation Office der UC Irvine ein Patent angemeldet und arbeitet nun an weiterer Entwicklung sowie einer möglichen Kommerzialisierung. Die Studie wurde in Nature Biomedical Engineering veröffentlicht.