Flexibler Schweiß-Patch detektiert mehrere Gesundheitsmarker in Echtzeit

Ingenieure haben einen flexiblen elektronischen Sensor-Patch entwickelt, der in Kleidung eingenäht werden kann, um Schweiß auf mehrere Marker zu analysieren. Der Patch könnte verwendet werden, um akute und chronische Gesundheitszustände zu diagnostizieren und zu überwachen oder die Gesundheit während sportlicher oder beruflicher Leistung zu überwachen. Das Gerät besteht aus speziellen Sensorfäden, flexiblen elektronischen Komponenten und drahtloser Konnektivität für Echtzeit-Datenerfassung, -speicherung und -verarbeitung.

Typische Consumer-Gesundheitsmonitore können Herzfrequenz, Temperatur, Glukose, Gehstrecke und andere grobe Messungen verfolgen; jedoch ist ein detaillierteres Verständnis der Gesundheit, des Stresses und der Leistung eines Individuums für medizinische Datenerfassung oder Hochleistungs-sportliche oder militärische Anwendungen erforderlich. Insbesondere metabolische Marker wie Elektrolyte und andere biologische Moleküle liefern einen direkteren Indikator für die menschliche Gesundheit für eine genaue Bewertung sportlicher Leistung, Arbeitssicherheit, klinischer Diagnose und Management chronischer Gesundheitszustände.

Das Patch-Gerät führt Echtzeit-Messungen wichtiger Biomarker durch, die im Schweiß vorhanden sind, einschließlich Natrium- und Ammoniumionen (Elektrolyte), Laktat (ein Metabolit) und Säuregehalt (pH). Die Geräteplattform kann auch eine breite Palette von Sensoren einbeziehen, die fast jeden im Schweiß vorhandenen Marker verfolgen können. Die Messungen können nützliche diagnostische Anwendungen haben: Natrium aus Schweiß kann den Hydratationsstatus und Elektrolytungleichgewicht im Körper anzeigen; Laktatkonzentration kann ein Indikator für Muskelermüdung sein; Chloridionenwerte können zur Diagnose und Überwachung von Mukoviszidose verwendet werden; und Cortisol, ein Stresshormon, kann verwendet werden, um emotionalen Stress sowie metabolische und immunologische Funktionen zu bewerten. Athleten könnten eine breite Palette von Markern während körperlicher Anstrengung überwachen, um Leistungshochs oder -tiefs während des Wettkampfs vorherzusagen.

Die Fähigkeit, die Sensoren in Kleidung zu integrieren, wird durch flexible Fäden ermöglicht, die mit leitfähigen Tinten beschichtet sind. Unterschiedliche Beschichtungen ändern die Funktionalität der Fäden; beispielsweise kann Laktat durch Beschichtung eines Fadens mit einem enzymatischen Sensormaterial, das das Enzym Laktatoxidase enthält, detektiert werden. Ein pH-Sensorfaden ist mit Polyanilin beschichtet, das auf Säure reagiert, und so weiter. Das Array von Fadensensoren wird in Kleidung oder einen Patch integriert und mit einem Miniatur-Schaltungsmodul und Mikroprozessor verbunden, mit drahtloser Fähigkeit zur Kommunikation mit einem Smartphone.

Forscher testeten das Gerät an menschlichen Probanden und überwachten ihre Elektrolyt- und Metabolitenreaktion während einer Maximalkraftübung auf stationären Fahrrädern. Die Sensoren konnten Schwankungen der Analytspiegel detektieren, während diese auf und ab gingen, in Intervallen von 5 bis 30 Sekunden – ausreichend für die meisten Echtzeit-Tracking-Anforderungen. Die Studie zeigte, dass der Sensor in der Lage war, konsistente Muster der Analytexpression zu detektieren, die für zukünftige Studien zur Identifizierung dieser Korrelationen verwendet werden könnten.