Schweiß-Gesundheitsmonitor misst Biomarker für Diabetes, Gicht, Nieren- oder Herzerkrankungen

Ein von Forschern der Washington State University (WSU), USA, entwickelter und 3D-gedruckter Gesundheitsmonitor kann bei körperlicher Betätigung die Konzentration wichtiger Biochemikalien im Schweiß messen.

Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „ACS Sensors“ berichten, konnten sie den Glukose-, Laktat- und Harnsäurespiegel der Probanden sowie die Geschwindigkeit ihres Schwitzens während des Trainings genau überwachen. „Diabetes ist weltweit ein großes Problem“, kommentiert Chuchu Chen, Doktorand an der WSU und Erstautor der Studie. „Ich denke, dass der 3D-Druck einen Unterschied im Gesundheitswesen machen kann, und ich wollte sehen, ob wir den 3D-Druck mit Methoden zur Erkennung von Krankheiten kombinieren können, um ein solches Gerät zu entwickeln“, fügt er hinzu.

Für ihren Proof-of-Concept-Gesundheitsmonitor nutzten die Forscher den 3D-Druck, um die Gesundheitsmonitore in einem einstufigen Fertigungsverfahren herzustellen. Die Forscher verwendeten einen Ein-Atom-Katalysator und enzymatische Reaktionen, um das Signal zu verstärken und niedrige Werte der Biomarker zu messen. Drei Biosensoren auf dem Monitor wechseln die Farbe, um die spezifischen biochemischen Werte anzuzeigen.

Verwendung von Einzelatom-Katalysatoren

„Die Schweißrate ist auch ein wichtiger Parameter und physiologischer Indikator für die Gesundheit der Menschen“, sagt Prof. Kaiyan Qiu von der WSU. Aber die Menge dieser Chemikalien im Schweiß ist winzig und kann schwer zu messen sein, so die Forscher. Zwar wurden in der Vergangenheit bereits andere Schweißsensoren entwickelt, doch diese sind komplex und erfordern spezielle Geräte und Fachkenntnisse für ihre Herstellung, berichten die Autoren.

„Es ist neuartig, Einzelatom-Katalysatoren zu verwenden, um die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Gesundheitsmonitors zu verbessern“, betont Annie Du von der WSU. Der von den Forschern entwickelte Gesundheitsmonitor besteht aus sehr kleinen Kanälen zur Messung der Schweißrate und der Konzentration von Biomarkern. Da sie im 3D-Druckverfahren hergestellt werden, benötigen die Mikrokanäle keine Stützstruktur, die beim Entfernen Probleme mit Verunreinigungen verursachen könnte, so Qiu. „Wir müssen die winzigen Konzentrationen von Biomarkern messen und wollen daher nicht, dass diese Trägermaterialien vorhanden sind oder entfernt werden müssen“, sagt Qiu und fügt hinzu: „Deshalb verwenden wir eine einzigartige Methode, um die selbsttragenden mikrofluidischen Kanäle zu drucken.“

Als die Forscher die Monitore an den Armen der Freiwilligen mit den Laborergebnissen verglichen, stellten sie fest, dass ihr Monitor die Konzentration der Chemikalien sowie die Schwitzrate genau und zuverlässig misst. Die Forscher wählten zunächst drei Biomarker für die Messung aus, können aber weitere hinzufügen, und die Biomarker können individuell angepasst werden. Außerdem waren die Monitore für die Probanden bequem zu tragen, heißt es in der Studie.

Der 3D-gedruckte Monitor könnte eines Tages eine einfache und nicht-invasive Möglichkeit bieten, den Gesundheitszustand zu überwachen und häufige Krankheiten wie Diabetes, Gicht, Nieren- oder Herzerkrankungen zu diagnostizieren, betonen die Forscher.