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Ein Forscherteam von Cal Tech unter der Leitung von Wei Gao, einem Professor für Biomedizintechnik, entwickelte einen tragbaren Sensor, der die Konzentration von Metaboliten und Nährstoffen im Blut einer Person überwacht, indem sie deren Schweiß analysiert.Frühere Schweißsensoren zielten hauptsächlich auf Verbindungen ab, die in hohen Konzentrationen vorkommen, wie Elektrolyte, Glukose und Laktat.Dieses neue ist empfindlicher und erkennt Schweißverbindungen in viel geringeren Konzentrationen.Es ist auch einfacher herzustellen und kann in Massenproduktion hergestellt werden.
Das Ziel des Teams ist ein Sensor, mit dem Ärzte den Zustand von Patienten mit Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und Nierenerkrankungen kontinuierlich überwachen können, die alle anormale Konzentrationen von Nährstoffen oder Metaboliten in den Blutkreislauf bringen.Patienten wären besser dran, wenn ihr Arzt mehr über ihren persönlichen Zustand wüsste und diese Methode Tests vermeidet, die Nadeln und Blutentnahmen erfordern.
„Solche tragbaren Schweißsensoren könnten Veränderungen der Gesundheit auf molekularer Ebene schnell, kontinuierlich und nichtinvasiv erfassen“, sagt Gao.„Sie könnten eine personalisierte Ãœberwachung, eine frühe Diagnose und ein rechtzeitiges Eingreifen ermöglichen.“
Der Sensor basiert auf Mikrofluidik, die kleine Flüssigkeitsmengen manipuliert, normalerweise durch Kanäle mit einer Breite von weniger als einem Viertel Millimeter.Mikrofluidik eignet sich ideal für eine Anwendung, da sie den Einfluss von Schweißverdunstung und Hautkontamination auf die Sensorgenauigkeit minimiert.Während frisch zugeführter Schweiß durch die Mikrokanäle des Sensors fließt, misst er genau die Zusammensetzung des Schweißes und erfasst zeitliche Konzentrationsänderungen.
Bisher, so Gao und seine Kollegen, wurden tragbare Sensoren auf Mikrofluidikbasis hauptsächlich mit einem Lithografie-Verdampfungsansatz hergestellt, der komplizierte und teure Herstellungsprozesse erfordert.Sein Team entschied sich dafür, seine Biosensoren aus Graphen herzustellen, einer blattartigen Form von Kohlenstoff.Sowohl die auf Graphen basierenden Sensoren als auch die Mikrofluidikkanäle werden durch Gravieren der Kunststoffplatten mit einem Kohlendioxidlaser erzeugt, einem Gerät, das so verbreitet ist, dass es Heimwerkern zur Verfügung steht.
Das Forschungsteam hat seinen Sensor so konzipiert, dass er neben Harnsäure- und Tyrosinspiegeln auch Atem- und Herzfrequenz misst.Tyrosin wurde ausgewählt, weil es ein Indikator für Stoffwechselstörungen, Lebererkrankungen, Essstörungen und neuropsychiatrische Erkrankungen sein kann.Harnsäure wurde ausgewählt, weil sie bei erhöhten Konzentrationen mit Gicht in Verbindung gebracht wird, einer schmerzhaften Gelenkerkrankung, die weltweit zunimmt.Gicht tritt auf, wenn ein hoher Harnsäurespiegel im Körper in den Gelenken zu kristallisieren beginnt, insbesondere in den Füßen, was zu Reizungen und Entzündungen führt.
Um zu sehen, wie gut die Sensoren funktionierten, testeten die Forscher sie an gesunden Personen und Patienten.Um den Schweißtyrosinspiegel zu überprüfen, der von der körperlichen Fitness einer Person beeinflusst wird, verwendeten sie zwei Personengruppen: trainierte Sportler und Personen mit durchschnittlicher Fitness.Wie erwartet zeigten die Sensoren niedrigere Tyrosinwerte im Schweiß der Athleten.Um den Harnsäurespiegel zu überprüfen, überwachten die Forscher den Schweiß einer Gruppe gesunder Personen, die fasteten, und auch nachdem die Probanden eine Mahlzeit gegessen hatten, die reich an Purinen war – Verbindungen in Lebensmitteln, die zu Harnsäure verstoffwechselt werden.Der Sensor zeigte nach der Mahlzeit einen Anstieg des Harnsäurespiegels.Gaos Team führte einen ähnlichen Test mit Gichtpatienten durch.Der Sensor zeigte, dass ihre Harnsäurewerte viel höher waren als die von gesunden Menschen.
Um die Genauigkeit der Sensoren zu überprüfen, entnahmen und überprüften die Forscher Blutproben von Gichtpatienten und gesunden Probanden.Die Messungen des Harnsäurespiegels der Sensoren korrelierten stark mit dem Harnsäurespiegel in ihrem Blut.
Gao sagt, dass die hohe Empfindlichkeit der Sensoren zusammen mit der Leichtigkeit, mit der sie hergestellt werden können, bedeutet, dass sie schließlich von Patienten zu Hause verwendet werden könnten, um Erkrankungen wie Gicht, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu überwachen.Mit genauen Echtzeitinformationen über ihre Gesundheit könnten Patienten sogar ihre Medikamentenspiegel und ihre Ernährung nach Bedarf anpassen.
Postzeit: 12. Dezember 2019