Tragbares Gerät analysiert Gase der Hautoberfläche

Forschende der Northwestern University haben ein tragbares Gerät zur Messung von Gasen entwickelt, die von der Haut abgegeben und von ihr aufgenommen werden, um die Hautgesundheit zu bewerten.

Die neue Technologie umfasst eine Reihe von Sensoren, die Veränderungen von Temperatur, Wasserdampf, Kohlendioxid (CO₂) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) präzise messen und so wertvolle Erkenntnisse über verschiedene Hautzustände und den allgemeinen Gesundheitszustand liefern. Diese Gase strömen in eine kleine Kammer im Gerät, die berührungslos über der Haut schwebt. Dieses berührungslose Design ist besonders nützlich, um Informationen über empfindliche Haut zu sammeln, ohne das empfindliche Gewebe zu beeinträchtigen.

„Dieses Gerät ist eine konsequente Weiterentwicklung der tragbaren elektronischen Geräte unseres Labors, die Schweiß sammeln und analysieren“, so John A. Rogers von der Northwestern University. „Wir analysierten den Schweiß, um mehr über den allgemeinen Gesundheitszustand des Trägers zu erfahren. Diese Methode ist zwar nützlich, erfordert aber eine pharmakologische Stimulation der Schweißdrüsen oder die Einwirkung einer heißen, feuchten Umgebung. Wir begannen darüber nachzudenken, welche natürlichen Substanzen wir ständig von der Haut erfassen könnten. Es stellte sich heraus, dass die Hautoberfläche vielfältige Substanzen freisetzt – Wasserdampf, Kohlendioxid und flüchtige organische Verbindungen –, die mit der zugrunde liegenden physiologischen Gesundheit in Zusammenhang stehen.“

„Diese Technologie hat das Potenzial, die klinische Versorgung zu verändern, insbesondere für gefährdete Bevölkerungsgruppen wie Neugeborene, ältere Menschen, Diabetiker und andere Menschen mit Hautproblemen“, sagte Guillermo A. Ameer von der Northwestern University, Co-Leiter der Studie. „Das Schöne an unserem Gerät ist, dass wir eine neue Methode gefunden haben, den Zustand empfindlicher Haut zu beurteilen, ohne mit Wunden, Geschwüren oder Abschürfungen in Kontakt kommen zu müssen. Dieses Gerät ist der erste große Schritt zur Messung von Gasveränderungen und deren Korrelation mit dem Hautzustand.“

Patienten zu Hause unterstützen

Ist die Hautbarriere beeinträchtigt, kann dies zu erhöhtem Wasserverlust (transepidermaler Wasserverlust, TEWL), Hautempfindlichkeit sowie dem Risiko von Infektionen und entzündlichen Erkrankungen wie Ekzemen und Psoriasis führen.

„Die Haut ist entscheidend für unseren Schutz vor der Umwelt“, so Studien-Co-Autorin Dr. Amy Paller,  vom Feinberg College. „Ein wesentlicher Bestandteil dieser Schutzfunktion ist die Hautbarriere, die sich durch eine beeindruckende Ansammlung dicht verwobener Proteine ​​und Fette auszeichnet, die Wasser einschließen und Reizstoffe, Toxine, Mikroben und Allergene fernhalten.“

Durch die Verfolgung von Veränderungen der Wasserdampf- und Gasabgabe der Haut können medizinische Fachkräfte Einblicke in die Integrität der Hautbarriere ihrer Patienten gewinnen. Zwar gibt es Technologien zur Messung des Wasserdampfverlusts, doch handelt es sich dabei um große, unhandliche Geräte, die meist in Krankenhäusern eingesetzt werden. Das kompakte tragbare Gerät hingegen soll helfen, Patienten aus der Ferne zu überwachen und es Patienten ermöglichen, ihre Hautgesundheit zu Hause selbst zu kontrollieren.

Funktionsweise des Geräts

Das nur zwei Zentimeter lange und eineinhalb Zentimeter breite Gerät besteht aus einer Kammer, mehreren Sensoren, einem programmierbaren Ventil, einer elektronischen Schaltung und einem kleinen Akku. Anstatt die Haut direkt zu berühren, schwebt die Kammer wenige Millimeter darüber.

„Herkömmliche tragbare Sensoren sind auf physischen Kontakt mit der Haut angewiesen, was ihren Einsatz in sensiblen Situationen, wie der Wundversorgung oder bei Personen mit empfindlicher Haut, einschränkt“, so Rogers. „Unser Gerät überwindet diese Einschränkung, indem es eine kleine, geschlossene Kammer über der Hautoberfläche schafft.“

Verbesserung der Wundversorgung

Per Bluetooth sendet das Gerät die Daten direkt an ein Smartphone oder Tablet zur Echtzeitüberwachung. Diese schnellen Ergebnisse können dem medizinischen Personal helfen, fundiertere und schnellere Entscheidungen zur Wundversorgung und zur Verabreichung von Antibiotika zu treffen.

Da erhöhte Wasserdampf-, CO₂– und VOC-Konzentrationen mit Bakterienwachstum und verzögerter Heilung in Verbindung gebracht werden, kann die Überwachung dieser Faktoren dem Pflegepersonal helfen, Infektionen früher und sicherer zu erkennen.

„Die Verschreibung von Antibiotika für Wunden kann ein gewisses Risiko darstellen“, so Ameer. Manchmal ist es schwer zu erkennen, ob eine Wunde infiziert ist oder nicht. Bis es offensichtlich ist, kann es zu spät sein und der Patient kann eine Sepsis entwickeln, die äußerst gefährlich ist. Die Möglichkeit, eine Wunde genau und kontinuierlich zu überwachen und beim ersten Anzeichen einer Infektion ein Antibiotikum zu verschreiben, ist von großem Interesse.

Einsatz beim diabetischen Ulkus

Ameer hat auch bereits verschiedene Strategien zur Behandlung diabetischer Ulzera entwickelt, darunter antioxidative Gele und regenerative Verbände. Erst vor zwei Jahren entwickelte Ameer gemeinsam mit Rogers den ersten temporären elektronischen Verband, der die Wundheilung durch elektrische Stimulation beschleunigte. Das neue Wearable bietet diesen gefährdeten Patienten ein weiteres Instrument, um riskante Nebenwirkungen zu vermeiden.

„Diabetische Ulzera sind weltweit die häufigste nichttraumatische Ursache für Amputationen der unteren Extremitäten“, so Ameer. „Manchmal scheint sich die Wunde zu schließen, aber die Hautbarrierefunktion ist noch nicht vollständig wiederhergestellt. Unser Gerät kann die freigesetzten Gase präzise messen und liefert so nützliche Informationen über die Hautbarrierefunktion.“

Bewertung von Insektenschutzmitteln und Lotionen

Die neue Technologie bietet nicht nur Einblicke in Wundheilung und Hautgesundheit, sondern könnte auch Fortschritte bei der Überwachung der Wirksamkeit von Insektenschutzmitteln, Hautcremes und systemischen Medikamenten zur Verbesserung der Hautgesundheit ermöglichen.

CO₂ und flüchtige organische Verbindungen (VOC) sind die Gase, die Mücken und andere Schädlinge anziehen. Die Messung dieser Hautemissionen könnte Forschenden helfen, die Anziehungskraft von Mücken zu verstehen und möglicherweise zu verringern. Das neue Gerät könnte es Dermatologen und ihren Patienten außerdem ermöglichen, die Durchdringungsgeschwindigkeit von Lotionen und Cremes in die Haut zu messen, was Einblicke in die Hautpermeabilität und Barrierefunktion geben könnte.

Als Nächstes plant das Northwestern-Team, die Funktionen des Geräts zu verbessern, darunter die Ergänzung eines Sensors zur Erfassung von pH-Wert-Veränderungen und die Entwicklung von Gassensoren mit erhöhter chemischer Selektivität zur Früherkennung von Organfunktionsstörungen und anderen Krankheiten.