Innovativer schmerzloser Mikronadel-Papier-Patch für schnelles Glucose-Monitoring

Patches scheinen heutzutage der letzte Schrei zu sein. Es gibt Verhütungspatches, Nikotinpatches und transdermale Medizinpatches, um nur einige zu nennen. Jetzt hat ein Forscherteam am Institute of Industrial Science der Universität Tokio einen Patch aus Nadeln entwickelt, der mit einem Papiersensor verbunden ist, um Zustände wie Prädiabetes zu diagnostizieren. Glücklicherweise multipliziert dieser Patch nicht den Schmerz und die Unannehmlichkeit einer einzelnen Hypodermiknadel. Tatsächlich sind diese Mikronadeln schmerzlos und biologisch abbaubar.

Forscher versuchten, einen praktischen Weg zu entwickeln, Mikronadeln – winzige Nadeln unter 1 mm Länge – für routinemäßige Do-it-yourself-Medizinüberwachung zu nutzen. Mikronadeln sind so kurz, dass sie in der Haut bleiben und keinen Kontakt mit Neuronen aufnehmen, was bedeutet, dass sie keine Schmerzen verursachen. Statt Blut zu entnehmen, saugen sie Flüssigkeit in der Haut an, die die meisten wichtigen Biomarker enthält, die Bluttests suchen. Es gibt verschiedene Arten von Mikronadeln, aber bisher erwies sich die Herstellung eines praktischen Geräts, das die Flüssigkeit schnell analysiert, als schwer fassbar. „Wir haben dieses Problem gelöst, indem wir einen Weg entwickelten, poröse Mikronadeln mit papierbasierten Sensoren zu kombinieren“, sagte Professor Beomjoon Kim. „Das Ergebnis ist kostengünstig, wegwerfbar und erfordert keine zusätzlichen Instrumente.“

Um den Patch herzustellen, gossen die Forscher zunächst eine geschmolzene Mischung aus einem biologisch abbaubaren Polymer und Salz in die kegelförmigen Kavitäten eines Mikroformes, während sie Wärme anwendeten. Dann drehten sie die Form und Nadeln um und platzierten sie auf einem Stück Papier, diesmal unter Anwendung hohen Drucks von oben. Der hohe Druck zwang die Mischung in die Poren des Papiers, was die Befestigung sicherte und es der durch die Nadeln gezogenen Flüssigkeit ermöglichte, mühelos in das Papier zu gelangen. Nach dem Entfernen aus der Form wurden die Nadeln in einer Lösung gekühlt, die das gesamte Salz heraussog, wodurch Tausende von Löchern oder Poren zurückblieben, durch die die Flüssigkeit auf ihrem Weg zum Papier fließt. Die Salzkonzentration war ein entscheidender Faktor, der optimiert werden musste, daher testeten sie mehrere Salzkonzentrationen, um zu bestimmen, wie porös die Mikronadeln sein sollten. Um den Patch fertigzustellen, verwendeten sie doppelseitiges Klebeband, um einen Papier-Glucose-Sensor auf die Papierbasis des Nadelarrays zu befestigen.

Das Team testete den Patch auf einem Agarosegel, in dem Glucose gelöst war. Flüssigkeit aus dem Gel floss aus dem Gel in die porösen Mikronadeln und von dort in das Papier und die Sensorschicht. Die Glucosekonzentration wurde als Farbveränderungen im Papier präzise aufgezeichnet.

Die Patches sind wegwerfbar, biologisch abbaubar und ihre Verwendung erfordert keine medizinische Expertise oder Schulung. Sie sind auch biokompatibel, was bedeutet, dass es kein Problem gibt, wenn Reste in der Haut verbleiben, wenn der Patch entfernt wird.

Laut den Forschern ist Prädiabetes-Test nur eine Anwendung der Technologie. Der papierbasierte Sensor kann je nach dem Biomarker variieren, den Sie überwachen möchten. Nach diesem Erfolg wird der nächste Schritt sein, die Praktikabilität des Geräts mit menschlichen Teilnehmern zu testen und Konfigurationen für die Überwachung anderer Substanzen zu entwickeln und damit das Vorliegen anderer Zustände zu bestimmen.