Multitasking-Wearable überwacht kontinuierlich Glukose, Alkohol und Laktat – ScienceDaily

Stellen Sie sich vor, Sie könnten Ihren Blutzuckerspiegel messen, wissen, ob Sie zu viel getrunken haben, und Ihre Muskelermüdung während des Trainings verfolgen, alles in einem kleinen Gerät, das auf Ihrer Haut getragen wird. Ingenieure der University of California San Diego haben einen Prototyp eines solchen Wearables entwickelt, das mehrere Gesundheitsstatistiken – Glukose-, Alkohol- und Laktatspiegel – gleichzeitig in Echtzeit überwachen kann.

Das Gerät hat etwa die Größe eines Stapels von sechs Vierteln. Es wird durch ein Klettverschluss-ähnliches Pflaster aus mikroskopisch kleinen Nadeln oder Mikronadeln, die jeweils etwa ein Fünftel der Breite eines menschlichen Haares haben, auf die Haut aufgetragen. Das Tragen des Geräts ist nicht schmerzhaft – die Mikronadeln dringen kaum in die Hautoberfläche ein, um Biomoleküle in der interstitiellen Flüssigkeit zu erfassen, die die Zellen unter der Haut umgibt. Das Gerät kann am Oberarm getragen werden und sendet Daten drahtlos an eine eigene Smartphone-App.

Forscher des UC San Diego Center for Wearable Sensors beschreiben ihr Gerät in einem am 9. Mai veröffentlichten Artikel Natur Biomedizinische Technik.

„Das ist wie ein komplettes Labor auf der Haut“, sagte der Direktor des Zentrums, Joseph Wang, Professor für Nanotechnik an der UC San Diego und Mitautor der Veröffentlichung. „Es ist in der Lage, mehrere Biomarker gleichzeitig kontinuierlich zu messen, sodass Benutzer ihre Gesundheit und ihr Wohlbefinden überwachen können, während sie ihren täglichen Aktivitäten nachgehen.“

Die meisten kommerziellen Gesundheitsmonitore, wie z. B. kontinuierliche Glukosemonitore für Patienten mit Diabetes, messen nur ein Signal. Das Problem dabei, so die Forscher, ist, dass Informationen ausgelassen werden, die beispielsweise Menschen mit Diabetes helfen könnten, ihre Krankheit effektiver zu bewältigen. Die Überwachung des Alkoholspiegels ist nützlich, da das Trinken von Alkohol den Glukosespiegel senken kann. Die Kenntnis beider Werte kann Menschen mit Diabetes helfen, zu verhindern, dass ihr Blutzucker nach dem Trinken zu stark abfällt. Die Kombination von Informationen über Laktat, das während des Trainings als Biomarker für Muskelermüdung überwacht werden kann, ist ebenfalls nützlich, da körperliche Aktivität die Fähigkeit des Körpers beeinflusst, Glukose zu regulieren.

„Mit unserem Wearable können die Menschen das Zusammenspiel zwischen ihren Glukosespitzen oder -einbrüchen mit ihrer Ernährung, Bewegung und dem Trinken alkoholischer Getränke sehen. Das könnte auch zu ihrer Lebensqualität beitragen“, sagte Farshad Tehrani, ein Ph.D. Student in Wangs Labor und einer der Co-Erstautoren der Studie.

Mikronadeln verschmolzen mit Elektronik

Das Wearable besteht aus einem Mikronadelpflaster, das mit einem Elektronikgehäuse verbunden ist. Verschiedene Enzyme an den Spitzen der Mikronadeln reagieren mit Glukose, Alkohol und Laktat in der interstitiellen Flüssigkeit. Diese Reaktionen erzeugen kleine elektrische Ströme, die von elektronischen Sensoren analysiert und drahtlos an eine von den Forschern entwickelte App übermittelt werden. Die Ergebnisse werden in Echtzeit auf einem Smartphone angezeigt.

Ein Vorteil der Verwendung von Mikronadeln besteht darin, dass sie die interstitielle Flüssigkeit direkt entnehmen, und die Forschung hat gezeigt, dass die in dieser Flüssigkeit gemessenen biochemischen Konzentrationen gut mit den Konzentrationen im Blut korrelieren.

„Wir beginnen mit dieser Technologie in Bezug auf die klinische Gültigkeit und Relevanz an einem wirklich guten Punkt“, sagte Patrick Mercier, Professor für Elektrotechnik und Computertechnik an der UC San Diego und Mitautor der Veröffentlichung. “Das senkt die Barrieren für die klinische Übersetzung.”

Das verfügbare Mikronadelpflaster kann zum einfachen Austausch vom Elektronikgehäuse abgenommen werden. Das wiederverwendbare Elektronikgehäuse enthält die Batterie, elektronische Sensoren, den drahtlosen Sender und andere elektronische Komponenten. Das Gerät kann auf jedem kabellosen Ladegerät aufgeladen werden, das für Telefone und Smartwatches verwendet wird.

Die Integration all dieser Komponenten in ein kleines, kabelloses Wearable war eine der größten Herausforderungen des Teams. Es erfordert auch ein ausgeklügeltes Design und eine ausgeklügelte Technik, um die wiederverwendbare Elektronik, die trocken bleiben muss, mit dem Mikronadelpflaster zu kombinieren, das biologischen Flüssigkeiten ausgesetzt wird.

“Das Schöne daran ist, dass es sich um ein vollständig integriertes System handelt, das jemand tragen kann, ohne an Tischgeräte gebunden zu sein”, sagte Mercier, der auch Co-Direktor des UC San Diego Center for Wearable Sensors ist.

Testen

Das Wearable wurde an fünf Freiwilligen getestet, die das Gerät am Oberarm trugen, während sie trainierten, eine Mahlzeit zu sich nahmen und ein Glas Wein tranken. Das Gerät wurde verwendet, um den Glukosespiegel von Freiwilligen gleichzeitig mit entweder ihrem Alkohol- oder Laktatspiegel kontinuierlich zu überwachen. Die vom Gerät durchgeführten Glukose-, Alkohol- und Laktatmessungen stimmten eng mit den Messungen überein, die jeweils von einem handelsüblichen Blutzuckermessgerät, einem Alkoholtester und den im Labor durchgeführten Blutlaktatmessungen durchgeführt wurden.

Nächste Schritte

Farshad Tehrani und sein Co-Erstautor Hazhir Teymourian, ein ehemaliger Postdoktorand in Wangs Labor, gründeten gemeinsam ein Startup-Unternehmen namens AquilX, um die Technologie für die Kommerzialisierung weiterzuentwickeln. Die nächsten Schritte umfassen das Testen und Verbessern, wie lange das Mikronadelpflaster halten kann, bevor es ersetzt wird. Das Unternehmen freut sich auch über die Möglichkeit, dem Gerät weitere Sensoren hinzuzufügen, um den Medikationsspiegel bei Patienten und andere Gesundheitssignale zu überwachen.

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