Neues flexibles Hautpflaster kann dabei helfen, Ihre Gesundheit durch Schweiß zu überwachen

Schon ein Tropfen Schweiß kann viel über den Körper eines Menschen verraten. Um einige Schlüsselkomponenten Ihrer Biochemie zu verstehen, müssen Sie lediglich ein Klebepflaster aufkleben und es in die Nähe Ihres Smartphones streichen.

In einem Artikel, der diese Woche in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, kündigte ein Forscherteam die Entwicklung dünner, flexibler Pflaster an, die kleine Mengen Schweiß in Echtzeit sammeln und analysieren können. 1

„Weiche mikrofluidische Systeme, die Mikrolitermengen an Schweiß in situ erfassen, speichern und Biomarkeranalysen durchführen, wenn er aus der Hautoberfläche austritt, stellen eine aufstrebende Klasse tragbarer Technologie mit leistungsstarken Fähigkeiten dar, die die traditioneller biophysikalischer Sensorgeräte ergänzen.“ “, schreiben die Autoren der Zeitung. 1

Dieses Pflaster verwendet farbverändernde Chemie, um den Glukose-, Laktat-, Chlor-, Cortisol- und mehrspiegel des Trägers zu messen. Diese können dabei helfen, verschiedene Komponenten der Gesundheit einer Person zu beurteilen, wie z. B. ihren Flüssigkeitshaushalt und Stress.

„Wir versuchen, eine Reihe von Technologien zu entwickeln, die in Form eines Aufklebers dargestellt werden können“, Co-Autor John Rogers, PhD, Professor für Biomedizintechnik, Materialwissenschaften und neurologische Chirurgie an der Northwestern University, sagt VeryWell. „Das ist für uns so etwas wie ein Höchststand, was den Funktionsumfang eines Geräts dieser Art angeht.“

 

So funktioniert der Patch

Blutuntersuchungen sind die gebräuchlichste Methode zur Erfassung von Informationen über bestimmte wichtige Biochemikalien wie Natrium, Kalium, Chlorid und Harnstoff. Dieser Vorgang ist jedoch invasiv, da er das Einstechen in die Haut oder das Eindringen mit einer Spritze erfordert. Dies macht es als Routineprozess weniger attraktiv.

Schweiß hingegen kann ohne invasive Eingriffe von der Hautoberfläche gesammelt werden. Und es enthält eine Reihe von Biochemikalien, die für das Verständnis und die Gestaltung gesundheitlicher Ergebnisse nützlich sind.

Historisch gesehen war das Sammeln von Schweiß eine besondere Herausforderung. Manchmal musste es mit einem Werkzeug, das einem Rakel ähnelte, von der Haut abgekratzt werden. Beim Abstreifen der Haut könnten Materialien wie Hautzellen, Schmutz und Öl die Probe unbeabsichtigt verunreinigen. 

Dieses neue Gerät nutzt Mikrofluidik-Technologie, um kleine Mengen Schweiß durch winzige Kanäle, Ventile und Reservoire im Pflaster zu leiten. Wenn Schweiß aus den Poren der Haut freigesetzt wird, wandert er über diese Wege und interagiert mit Assays – Komponenten zur Messung der Zusammensetzung der Chemikalien im Schweiß. Dieses stationäre Pflaster stellt nicht nur sicher, dass die Schweißprobe makellos ist, sondern ermöglicht auch deren Analyse in Echtzeit.

„Diese mikrofluidischen Plattformen haben die Protokolle verändert, mit denen man Schweiß untersuchen kann“, sagt Rogers, der auch Gründungsdirektor des Center on Bio-Integrated Electronics ist.

Für den Träger sind die Patches relativ unauffällig. Ein Grund für seine geringe Größe und flexible Struktur ist, dass das Pflaster keine sperrige Batterie enthält. Stattdessen wird es durch Interaktionen mit Smartphones angetrieben.

Durch die Nutzung der Nahbereichskommunikationstechnologie, die Funktionen wie drahtloses Bezahlen ermöglicht, können das Patch und das Smartphone Strom und Informationen effektiv austauschen. Das Pflaster wird drahtlos über Funkwellen vom Telefon mit Strom versorgt, und Informationen über den Schweiß – etwa wie viel Schweiß gesammelt wurde und welche chemische Zusammensetzung er hat – werden an das Telefon zurückgesendet.

Damit das Gerät funktioniert, muss es sich in unmittelbarer Nähe eines Smartphones befinden. Das bedeutet, dass der Benutzer sein Telefon in die Nähe des Patch führen muss, damit es mit Strom versorgt wird. Laut Rogers könnten Wissenschaftler jedoch ein Gerät mit einer größeren Antenne entwickeln, das beispielsweise an einem Heimtrainer installiert werden könnte, um eine kontinuierlichere Messung zu ermöglichen.

 

Was Schweiß uns sagen kann

Der nicht-invasive Charakter der Schweißsammlung kann sehr nützlich sein, insbesondere für Menschen, die zur Messung ihres Gesundheitszustands auf routinemäßige Blutuntersuchungen angewiesen sind.

„Der Nachteil ist, dass niemand wirklich viel über Schweiß weiß“, sagt Rogers. „Es enthält diese chemischen Bestandteile – das ist bekannt. Aber wie es im Vergleich zu Blut schlägt, ist eine interessante Forschungsfrage, und wir stecken mittendrin.“

Seine Forschungsgruppe arbeitet mit einem Team von Kardiologen am Lurie Children’s Hospital in Chicago zusammen, um besser zu verstehen, wie sich Biomarker im Schweiß mit denen im Blut vergleichen lassen. Beispielsweise enthalten sowohl Schweiß als auch Blut Glukose. Die Forscher werden die Werte in beiden Proben messen und beurteilen, ob und wie die beiden korrelieren, um die Schweißsensoren genauer und nützlicher zu machen.

Die Messung, wie Cortisol sowie Glukose und Vitamin C im Körper durch Schweiß freigesetzt werden, könnte auch Aufschluss über die geistige Gesundheit und den körperlichen Stress des Trägers geben. Cortisol wird als Reaktion auf körperliche und geistige Stressfaktoren ausgeschüttet und kann den Glukoseverbrauch auslösen, wenn der Körper eine Kampf-oder-Flucht-Reaktion auslöst. Darüber hinaus wird ein erhöhter Cortisolspiegel mit Erkrankungen wie Fettleibigkeit, Diabetes, Bluthochdruck und Depression in Verbindung gebracht.

Die Autoren hoffen, dass die Verfolgung dieser Biochemikalien durch Schweiß zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkung von Cortisol, Glukose und Vitamin C führen wird.

 

Wie Schweißsensorgeräte verwendet werden

Aktuelle Smartwatch-Modelle – wie die Apple Watch und die Fitbit – verfügen über Tools zur Messung von Herzfrequenz, Bewegung und Blutsauerstoffspiegel. Um über diese physikalischen Messungen hinauszugehen, würde die Hinzufügung eines Schweißsensors es Benutzern ermöglichen, auch biochemische Eigenschaften und deren Auswirkungen auf die Gesundheit des Benutzers zu verfolgen.

„Ich habe das Gefühl, dass diese großen Player auf dem Markt irgendwann die Schweißerkennung übernehmen werden, weil sie nicht invasiv ist“, sagt Tolga Kaya, PhD, Direktorin der Ingenieurprogramme an der Sacred Heart University in Connecticut, gegenüber Verywell. „Sobald sie es in ihre Uhren implementieren, wird es größer.“

Basierend auf Forschungen von Rogers und seinem Team entwickelte Gatorade das GX Sweat Patch . Das Produkt ist eine vereinfachte Version des in der Studie beschriebenen Produkts und testet nur für Sportler relevante Faktoren wie Flüssigkeitszufuhr und Elektrolytspiegel.

Das Produkt wurde über einen Werbespot in der Halbzeitpause des NBA-All-Star-Spiels im Februar angekündigt und wird nächstes Jahr in Sportgeschäften erhältlich sein. Der Patch gelangte auch als Produkt in die neueste Version des Videospiels NBA 2K in die virtuelle Welt.

Diese Technologie wird in den Bereichen Leichtathletik und Ernährung vielfältig eingesetzt, unter anderem zur Überwachung des Schweißverlusts und des Elektrolytspiegels.

 „Man kann in Echtzeit erkennen, ob jemand hydriert oder dehydriert ist, was sehr hilfreich ist, denn wenn man merkt, dass man durstig oder dehydriert ist, ist es bereits zu spät, es wieder zurückzubringen“, sagt Tolga, die nicht mit der Organisation verbunden ist Nordwestliches Papier. „Man verliert ziemlich schnell die geistige Leistungsfähigkeit, die körperliche Leistungsfähigkeit.“

Rogers und Tolga sagen, dass diese Geräte auch für das Militär nützlich sein könnten. Um die Gesundheit der Servicemitarbeiter besser zu erhalten, könnten solche Pflaster ihren Flüssigkeitshaushalt und Cortisolspiegel messen, um maximale körperliche und geistige Leistungsfähigkeit sicherzustellen.

Während Wissenschaftler lernen, Geräte zu entwickeln, die mit lebenden Systemen koexistieren, eröffnet sich Raum für unglaubliche Möglichkeiten. Von implantierbaren Geräten für das Gehirn bis hin zu Pflastern zur Überwachung der Gesundheit von Neugeborenen gibt es laut Rogers viele Möglichkeiten, wie neue Werkzeuge uns helfen können, unsere grundlegende Biologie besser zu verstehen.

„Es ist ein wirklich reichhaltiger und weitreichender Raum für entdeckungsorientierte akademische Forschung“, sagt Rogers. „In gewissem Sinne ist es eine Art Wissenschaft mit Konsequenzen. Wenn Sie ein Verständnis entwickeln, können Sie möglicherweise die Grundlagen für Technologien schaffen, die die Art und Weise, wie wir Gesundheitsfürsorge betreiben, verändern könnten, mit direkten Vorteilen und besseren Ergebnissen für die Patienten, geringeren Kosten und einer Einsatzfähigkeit in verarmten Gebieten des Planeten.“