Ein elektronisches Fingerband, das von Ingenieuren der University of California San Diego entwickelt wurde, nutzt den Schweiß des Fingers, um das Gerät mit Strom zu versorgen und gleichzeitig lebenswichtige chemische Werte wie Glukose, Vitamine und sogar Medikamente zu überwachen. Ein Artikel, der das Gerät beschreibt, wurde in Nature Electronics veröffentlicht.
In dem Forschungspapier heißt es, dass die derzeitigen tragbaren Systeme zur Gesundheitsüberwachung durch die Energieversorgung, die Erfassungsmöglichkeiten, die Schaltungsanforderungen und den großen Formfaktor begrenzt sind. Das Team wollte ein kleines tragbares Gerät zur Gesundheitsüberwachung entwickeln, das auf einem autonomen und kontinuierlichen Schweißmesssystem basiert.
In den Fingerspitzen befinden sich jeweils mehr als tausend Schweißdrüsen, die selbst in Ruhe 100- bis 1000-mal mehr Schweiß produzieren können als die meisten anderen Körperregionen. Dieser konstante natürliche Schweißfluss stellt eine zuverlässige Energiequelle dar, die das Gerät auch in Zeiten der Inaktivität oder des Schlafs mit Energie versorgt, so die Forscher.
Das Gerät besteht aus mehreren elektronischen Komponenten, die auf ein dünnes, flexibles und dehnbares Polymermaterial gedruckt sind. Dank dieser Konstruktion passt sich das Gerät dem Finger an und hält wiederholtem Biegen, Dehnen und Bewegen stand.
Herzstück der Technologie sind Biobrennstoffzellen, die dort angebracht sind, wo das Gerät die Fingerspitze berührt. Diese Zellen sind so konstruiert, dass sie die im Schweiß enthaltenen Chemikalien effizient aufnehmen und in Elektrizität umwandeln. Dieser Strom wird in zwei dehnbaren Batterien gespeichert, die vier Sensoren mit Strom versorgen, von denen jeder einen bestimmten Biomarker überwacht: Glukose, Vitamin C, Laktat und Levodopa, das zur Behandlung der Parkinson-Krankheit eingesetzt wird. Der Schweiß der Fingerspitzen fließt durch winzige mikrofluidische Papierkanäle zu diesen Sensoren, die die Biomarker-Werte analysieren, und das Gerät bezieht seine Energie aus dem Schweiß, den es aufsaugt. Ein kleiner Chip verarbeitet die Signale der Sensoren und überträgt die Daten drahtlos per Bluetooth an eine speziell entwickelte Anwendung für Smartphones oder Laptops.
Das Gerät wurde an einer Testperson getestet, die es den ganzen Tag trug. Es war in der Lage, den Glukosespiegel während der Mahlzeiten, den Laktatspiegel bei Schreibtischarbeit und körperlicher Aktivität, den Vitamin-C-Spiegel beim Trinken von Orangensaft und den Levodopa-Spiegel nach dem Verzehr von Fava-Bohnen, einer natürlichen Quelle dieser Substanz, zu messen.
Das Gerät kann an die individuellen Gesundheitsbedürfnisse angepasst werden, indem es verschiedene Gruppen von Biomarkern erkennt, so die Forscher. Sie entwickeln nun ein geschlossenes System, das nicht nur die Biomarker überwacht, sondern auch Behandlungen auf der Grundlage der gesammelten Daten verabreicht.
„Das ist eine automatische Gesundheitsüberwachung am Finger“, sagt Shichao Ding, Erstautor der Studie und Postdoktorand in Wangs Forschungsgruppe an der UC San Diego Jacobs School of Engineering. „Der Träger kann sich ausruhen oder schlafen, und das Gerät kann trotzdem Energie sammeln und Biomarker aufzeichnen.
„Autonome Energieversorgung, Sensorik und Behandlung in einem Gerät – das ist das ultimative Ziel.
