Schweiß-Analyse mit Pflaster und Handy-Foto

Ein kleines Schweiß-Analyse-Labor auf dem Arm. (Credit: J. Rogers, Northwestern University)

Ist mehr Wasser oder Elektrolyt-Zufuhr beim Training nötig? Stimmt etwas mit dem Blutzucker nicht? Solche Informationen kann nun ein kleines flexibles Analyse-Pflaster auf der Haut liefern. Es erfasst körperliche Daten anhand von Merkmalen des Schweißes des Trägers und zeigt sie als Farbveränderungen an. Durch ein Smartphone-Foto und eine App können diese dann ausgewertet werden. Zukünftig könnte dass Konzept auch zur Diagnose von Erkrankungen dienen.

Wie der Körper eines Menschen beim Training reagiert, lässt sich am besten durch Bluttests überprüfen. Doch ein "Aderlass" beim Training und anschließende Laboruntersuchungen sind natürlich aufwendig und wenig praktikabel. Es gibt allerdings  eine weitere Körperflüssigkeit, in der sich physische Daten eines Menschen widerspiegeln und zu deren Probenahme auch keine Nadeln nötig sind: Schweiß. "Es handelt sich um ein reichhaltiges Gebräu, das eine Reihe von wichtigen chemischen Verbindungen mit physiologischen Gesundheitsinformationen enthält", sagt John Rogers von der University of Illinois in Urbana-Champaign.

Raffiniert simples System

Die Substanzen im Schweiß lassen sich durch Laboranalysen aufschlüsseln, es sind allerdings auch bereits Pflaster-Systeme in der Entwicklung, die die Flüssigkeit als Grundlage für Analysen direkt auf der Haut nutzen. Sie sind aber bisher mit vergleichsweise komplizierter Mikroelektronik ausgerüstet und benötigen eine Energieversorgung. Das Konzept, das Rogers und seine Kollegen nun entwickelt haben, ist hingegen vergleichsweise wenig aufwändig, preisgünstig und dennoch effektiv.

Das Pflaster besteht aus einem dünnen runden Stück Polymer, in das ein Kommunikations-Chip sowie feine Kanäle integriert sind, die mit vier Fächern verbunden sind. Beim Training wird das flexible Pflaster auf dem Arm oder dem Rücken getragen. Der sich bildende Schweiß diffundiert dann in die Kanäle und erreicht schließlich die vier Fächer. Dort befinden sich bestimmte Substanzen, die auf den pH-Wert sowie Glukose, Laktat und Chlorid im Schweiß reagieren. Je nach Konzentration entsteht dann eine Farbreaktion in den vier Fächern. "Wir haben uns für diese Biomarker entschieden, weil sie ein charakteristisches Profil des physiologischen Zustands widergeben", sagt Rogers. "Das Gerät kann aber auch die Schweißrate ermitteln und Proben für spätere Laboranalyse speichern".

Ein Smartphone wertet aus

Um das Ergebnis auszuwerten, hält der Nutzer einfach ein Smartphone über das Pflaster. Es reagiert dabei automatisch auf den integrierten Kommunikations-Chip: Eine speziell entwickelte App zu dem System wird gestartet und die Handy-Kamera macht ein Foto von dem Pflaster. Diese Abbildung wertet die Smartphone-App dann aus: Die Farbschattierungen in den vier Fächern vermitteln dabei die Informationen über die Merkmale der Biomarker im Schweiß des Trägers.

Auch den Praxistest hat das Konzept bereits bestanden, berichten die Forscher. Sie rüsteten dabei Freiwillige mit dem Pflaster aus, die dann trainierten. Der Vergleich der Pflaster-Ergebnisse mit Laboruntersuchungen des Schweißes der Probanden bestätigte dabei die Verlässlichkeit des Systems. Außerdem erwies es sich als widerstandsfähig sowie unproblematisch beim Tragen.

"Unser Schweiß-Analyse-System kann es Menschen ermöglichen, ihre physiologischen Werte an Ort und Stelle zu erfassen - ohne Blutentnahme. Außerdem benötigt das integrierte Kommunikationssystem keine Batterie, kann aber dennoch eine drahtlose Verbindung zu einem Smartphone herstellen", resümiert Rogers die Vorteile des Konzepts. Ihm und seinen Kollegen zufolge lässt sich das System nun auch anpassen und weiterentwickeln: Es besitzt damit Potenzial für die Diagnose von Erkrankungen, deren Anzeichen sich in Substanzen im Schweiß widerspiegeln.

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