Tragbarer All-in-One-Gesundheitsmonitor

Ingenieure haben ein weiches, dehnbares Hautpflaster entwickelt, das am Hals getragen werden kann, um den Blutdruck und die Herzfrequenz kontinuierlich zu verfolgen und gleichzeitig den Glukose-, Laktat-, Alkohol- oder Koffeinspiegel des Trägers zu messen. Es ist das erste tragbare Gerät, das kardiovaskuläre Signale und mehrere biochemische Ebenen im menschlichen Körper gleichzeitig überwacht.

Diese Art von Wearable könnte von Menschen mit Grunderkrankungen verwendet werden, um ihre eigene Gesundheit regelmäßig zu überwachen. Es könnte auch für die Fernüberwachung von Patienten verwendet werden, insbesondere während der COVID-19-Pandemie, wenn Menschen persönliche Besuche bei einem Gesundheitsdienstleister minimieren.

Auf einer einzigen kleinen Plattform, so klein wie eine Briefmarke, werden völlig unterschiedliche Sensoren zusammengeführt. Jeder Sensor liefert ein separates Bild einer physikalischen oder chemischen Veränderung. Durch die Integration aller in einem tragbaren Patch können diese verschiedenen Bilder zusammen verwendet werden, um einen umfassenderen Überblick darüber zu erhalten, was im Körper vor sich geht.

Das Pflaster ist eine dünne Folie aus dehnbaren Polymeren, die sich der Haut anpassen kann. Es ist mit einem Blutdrucksensor und zwei chemischen Sensoren ausgestattet – einer misst den Laktatspiegel (ein Biomarker für körperliche Anstrengung), Koffein und Alkohol im Schweiß und ein anderer misst den Glukosespiegel in der interstitiellen Flüssigkeit. Das Pflaster kann drei Parameter gleichzeitig messen, einen von jedem Sensor:Blutdruck, Glukose und entweder Laktat, Alkohol oder Koffein.

Der Blutdrucksensor befindet sich in der Nähe der Mitte des Pflasters. Es besteht aus einem Satz kleiner Ultraschallwandler, die mit einer leitfähigen Tinte an das Pflaster geschweißt sind. Eine an die Wandler angelegte Spannung veranlasst sie, Ultraschallwellen in den Körper zu senden. Wenn die Ultraschallwellen von einer Arterie abprallen, erkennt der Sensor die Echos und übersetzt die Signale in einen Blutdruckmesswert.

Die chemischen Sensoren sind zwei Elektroden, die aus leitfähiger Tinte auf das Pflaster siebgedruckt werden. Die Elektrode, die Laktat, Koffein und Alkohol misst, ist auf der rechten Seite des Pflasters aufgedruckt; Es funktioniert, indem es ein Medikament namens Pilocarpin in die Haut freisetzt, um Schweiß zu induzieren und die chemischen Substanzen im Schweiß zu erkennen. Die andere Elektrode, die Glukose misst, ist auf der linken Seite aufgedruckt; Es funktioniert, indem ein leichter elektrischer Strom durch die Haut geleitet wird, um interstitielle Flüssigkeit freizusetzen und die Glukose in dieser Flüssigkeit zu messen.

In Tests trugen die Probanden das Pflaster am Hals, während sie verschiedene Kombinationen der folgenden Aufgaben ausführten:Trainieren auf einem stationären Fahrrad, Essen einer zuckerreichen Mahlzeit, Trinken eines alkoholischen Getränks und Trinken eines koffeinhaltigen Getränks. Die Messungen des Pflasters stimmten genau mit denen überein, die von kommerziellen Überwachungsgeräten wie Blutdruckmanschetten, Blutlaktatmessgeräten, Blutzuckermessgeräten und Alkoholtestern erfasst wurden.

Eine der größten Herausforderungen bei der Herstellung des Pflasters war die Eliminierung von Interferenzen zwischen den Signalen der Sensoren. Dazu mussten die Forscher den optimalen Abstand zwischen dem Blutdrucksensor und den chemischen Sensoren herausfinden. Sie fanden heraus, dass ein Zentimeter Abstand ausreichte, während das Gerät so klein wie möglich gehalten wurde.

Sie mussten auch herausfinden, wie die chemischen Sensoren physisch vom Blutdrucksensor abgeschirmt werden können. Letzteres ist normalerweise mit einem flüssigen Ultraschallgel ausgestattet, um klare Messwerte zu erhalten. Aber auch die chemischen Sensoren sind mit eigenen Hydrogelen ausgestattet, und wenn flüssiges Gel aus dem Blutdrucksensor herausfließt und mit den anderen Gelen in Kontakt kommt, führt dies zu Interferenzen zwischen den Sensoren. Stattdessen verwendeten die Forscher ein festes Ultraschallgel, das genauso gut funktioniert wie die flüssige Version, aber ohne Auslaufen.

Zu den laufenden Arbeiten gehört das Schrumpfen der Elektronik für den Blutdrucksensor. Im Moment muss der Sensor an eine Stromquelle und eine Tischmaschine angeschlossen werden, um seine Messwerte anzuzeigen. Das ultimative Ziel ist es, diese alle auf den Patch zu bringen und alles drahtlos zu machen.