Neues flexibles Hautpflaster kann helfen, Ihren Gesundheitszustand durch Schweiß zu überwachen

Schon ein einziger Schweißtropfen kann viel über den Körper eines Menschen verraten. Um einige Schlüsselkomponenten Ihrer Biochemie zu verstehen, müssen Sie nur ein Pflaster aufkleben und es in die Nähe Ihres Smartphones halten. 

In einem diese Woche in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Artikel ein Forscherteam die Entwicklung dünner, flexibler Pflaster bekannt, die kleine Mengen Schweiß in Echtzeit sammeln und analysieren können.1 

„Weiche Mikrofluidsysteme, die Mikroliter-Volumina von Schweiß erfassen, speichern und Biomarkeranalysen vor Ort durchführen, wenn dieser aus der Hautoberfläche austritt, stellen eine neue Klasse tragbarer Technologie dar, deren leistungsstarke Funktionen die der traditionellen biophysikalischen Sensorgeräte ergänzen“, schreiben die Autoren des 

Dieses Pflaster verwendet farbverändernde Chemikalien, um den Glukose-, Laktat-, Chlor-, Cortisol- und anderen Blutzuckerspiegel des Trägers zu messen. Diese können dabei helfen, verschiedene Aspekte des Gesundheitszustands einer Person zu beurteilen, wie etwa ihren Flüssigkeitshaushalt und ihren Stress.  

„Wir versuchen, eine Reihe von Technologien zu entwickeln, die in Form eines Aufklebers dargestellt werden können“, sagt Co-Autor John Rogers, PhD, Professor für Biomedizintechnik, Materialwissenschaften und Neurochirurgie an der Northwestern University, gegenüber VeryWell. „Das ist für uns in Bezug auf den Funktionsumfang eines Geräts dieser Art sozusagen der Höhepunkt.“

So funktioniert der Patch

Blutuntersuchungen sind die gängigste Methode, um Informationen über bestimmte wichtige Biochemikalien wie Natrium, Kalium, Chlorid und Harnstoff zu erhalten. Dieser Prozess ist jedoch invasiv, da er ein Stechen in die Haut oder ein Eindringen mit einer Spritze erfordert. Dies macht ihn als Routineprozess weniger attraktiv. 

Schweiß hingegen kann ohne invasive Eingriffe von der Hautoberfläche gesammelt werden. Und er enthält eine Reihe von Biochemikalien, die für das Verständnis und die Gestaltung gesundheitlicher Auswirkungen nützlich sind.

In der Vergangenheit war das Sammeln von Schweiß eine besondere Herausforderung. Manchmal musste er mit einem Werkzeug, das einem Abzieher ähnelte, von der Haut abgeschabt werden. Beim Berühren der Haut konnten Materialien wie Hautzellen, Schmutz und Öl die Probe unbeabsichtigt verunreinigen. 

Dieses neue Gerät verwendet Mikrofluidtechnologie, um kleine Mengen Schweiß durch winzige Kanäle, Ventile und Reservoirs im Pflaster zu leiten. Wenn Schweiß aus den Poren der Haut freigesetzt wird, wandert er durch diese Bahnen und interagiert mit Testgeräten – Komponenten zur Messung der Zusammensetzung der Chemikalien im Schweiß. Dieses stationäre Pflaster stellt nicht nur sicher, dass die Schweißprobe makellos ist, sondern ermöglicht auch eine Analyse in Echtzeit. 

„Diese Mikrofluidik-Plattformen haben die Protokolle verändert, mit denen man Schweiß untersuchen kann“, sagt Rogers, der auch Gründungsdirektor des Center on Bio-Integrated Electronics ist. 

Die Pflaster sind für den Träger relativ unauffällig. Ein Grund für ihre geringe Größe und flexible Struktur ist, dass das Pflaster keine sperrige Batterie enthält. Stattdessen wird es durch Interaktionen mit Smartphones mit Strom versorgt.

Mithilfe von Nahbereichskommunikationstechnologie, die Funktionen wie drahtloses Bezahlen ermöglicht, können Pflaster und Smartphone effektiv Strom und Informationen austauschen. Das Pflaster wird drahtlos über Funkwellen vom Telefon mit Strom versorgt und Informationen über den Schweiß – etwa wie viel Schweiß gesammelt wurde und wie seine chemische Zusammensetzung ist – werden an das Telefon zurückgesendet. 

Damit das Gerät funktioniert, muss es sich in der Nähe eines Smartphones befinden. Der Benutzer muss also sein Telefon in die Nähe des Pflasters halten, damit es mit Strom versorgt wird. Doch Rogers sagt, Wissenschaftler könnten ein Gerät mit einer größeren Antenne entwickeln, das beispielsweise an einem Heimtrainer installiert werden könnte, um eine kontinuierlichere Messung zu erhalten. 

Was uns der Schweiß verraten kann

Die nicht-invasive Art der Schweißsammlung kann sehr nützlich sein, insbesondere für Menschen, die zur Messung ihres Gesundheitszustands auf routinemäßige Bluttests angewiesen sind. 

„Der Nachteil ist, dass niemand wirklich viel über Schweiß weiß“, sagt Rogers. „Er hat diese chemischen Bestandteile – das ist bekannt. Aber wie er sich im Vergleich zu Blut verhält, ist eine interessante Forschungsfrage und wir sind gerade mittendrin.“

Seine Forschungsgruppe arbeitet mit einem Team von Kardiologen am Lurie Children’s Hospital in Chicago zusammen, um besser zu verstehen, wie Biomarker im Schweiß mit denen im Blut verglichen werden. Beispielsweise enthalten sowohl Schweiß als auch Blut Glukose. Die Forscher werden die Werte in beiden Proben messen und feststellen, ob und wie die beiden korrelieren, um die Schweißsensoren genauer und nützlicher zu machen. 

Die Messung der Freisetzung von Cortisol, Glukose und Vitamin C durch den Schweiß könnte auch Aufschluss über die geistige Gesundheit und den körperlichen Stress des Trägers geben. Cortisol wird als Reaktion auf körperliche und geistige Stressfaktoren freigesetzt und kann den Glukoseverbrauch auslösen, wenn der Körper in eine Kampf-oder-Flucht-Reaktion gerät. Darüber hinaus werden erhöhte Cortisolwerte mit Erkrankungen wie Fettleibigkeit, Diabetes, Bluthochdruck und Depressionen in Verbindung gebracht. 

Die Autoren hoffen, dass die Verfolgung dieser Biochemikalien durch den Schweiß zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkung zwischen Cortisol, Glukose und Vitamin C führen wird.

Wie Schweißsensoren eingesetzt werden

Aktuelle Smartwatch-Modelle – wie die Apple Watch und die Fitbit – verfügen über Tools zur Messung von Herzfrequenz, Bewegung und Blutsauerstoffgehalt. Um über diese physischen Messungen hinauszugehen, könnte ein zusätzlicher Schweißsensor es Benutzern ermöglichen, auch biochemische Eigenschaften und deren Auswirkungen auf die Gesundheit des Benutzers zu verfolgen. 

„Ich habe das Gefühl, dass sich diese großen Marktteilnehmer irgendwann der Schweißerkennung annehmen werden, weil sie nicht invasiv ist“, sagt Dr. Tolga Kaya, Leiter der Ingenieurstudiengänge an der Sacred Heart University in Connecticut, gegenüber Health Life Guide. „Sobald sie es in ihre Uhren integrieren, wird es noch größer.“

Basierend auf den Forschungen von Rogers und seinem Team entwickelte Gatorade das GX Sweat Patch . Das Produkt ist eine vereinfachte Version des in der Studie beschriebenen Produkts und testet nur für Sportler relevante Faktoren wie Flüssigkeits- und Elektrolythaushalt. 

Das Produkt wurde im Februar in einem Werbespot während der Halbzeitpause des NBA All-Star-Spiels angekündigt und wird nächstes Jahr in Sportartikelgeschäften erhältlich sein. Der Patch hat auch als Produkt in der neuesten Version des Videospiels NBA 2K Einzug in die virtuelle Welt gehalten. 

Diese Technologie findet in den Bereichen Sport und Ernährung vielfältige Anwendung, unter anderem zur Überwachung von Schweißverlust und Elektrolytspiegel. 

 „Man kann in Echtzeit erkennen, ob jemand ausreichend Flüssigkeit zu sich nimmt oder dehydriert ist. Das ist sehr hilfreich, denn wenn man merkt, dass man durstig oder dehydriert ist, ist es bereits zu spät, um das wieder in Ordnung zu bringen“, sagt Tolga, der nicht mit der Northwestern-Zeitung in Verbindung steht. „Man verliert ziemlich schnell seine geistige und körperliche Leistungsfähigkeit.“ 

Rogers und Tolga meinen, dass diese Geräte auch für das Militär nützlich sein könnten. Um die Gesundheit der Soldaten besser zu schützen, könnten Pflaster wie diese ihren Flüssigkeitshaushalt und Cortisolspiegel messen, um so eine optimale körperliche und geistige Leistungsfähigkeit sicherzustellen.  

Während Wissenschaftler immer besser lernen, Geräte zu konstruieren, die mit lebenden Systemen koexistieren, eröffnen sich unglaubliche Möglichkeiten. Von implantierbaren Geräten für das Gehirn bis hin zu Pflastern zur Überwachung der Gesundheit von Neugeborenen gibt es laut Rogers viele Möglichkeiten, wie uns neue Werkzeuge dabei helfen können, unsere grundlegende Biologie besser zu verstehen. 

„Es ist ein wirklich reichhaltiger, breiter Raum für entdeckungsorientierte akademische Forschung“, sagt Rogers. „In gewisser Weise ist es eine Art Wissenschaft mit Konsequenzen. Wenn man ein Verständnis entwickelt, kann man möglicherweise die Grundlagen für Technologien schaffen, die unsere Gesundheitsfürsorge verändern könnten, mit direkten Vorteilen und verbesserten Ergebnissen für die Patienten, geringeren Kosten und einer Einsatzmöglichkeit in verarmten Gebieten der Erde.“