Neuer tragbarer Sensor misst Biomarker in Schweiß
Angesichts der Kostenexplosion im Gesundheitswesen und des zunehmenden älteren Bevölkerungsanteils in Europa sind dringend neue Lösungen gefragt. Mit den neuesten Fortschritten in der Informationstechnologie wie dem Internet der Dinge konnten nun neue nicht-invasive Sensoren entwickelt werden, die Langzeitmessungen von Vitalfunktionen und Biomarkern ermöglichen. Die Daten werden dann an ein Smartphone oder eine Smartwatch übermittelt. Ein konkretes Beispiel ist die Überwachung von Cortisolwerten mit einem tragbaren Schweißsensor, um psychische Erkrankungen wie Depression erkennen und nachhaltig behandeln zu können. Krankheiten wie diese stehen häufig in Zusammenhang mit der Cortisolausschüttung, was sich mit nicht-invasiven Methoden im Körperschweiß messen lässt. Allerdings waren solche Messungen bislang nur im Labor möglich, sodass kein Krankheitsverlauf ersichtlich ist, was für eine genaue Diagnose und Behandlung wiederum unerlässlich ist.
Schweiß liefert die Diagnose
Das Projekt „Robust OTFT sensors“ stellte sich dieser Problematik und entwickelte einen neuen hochstabilen tragbaren Sensor aus Polymerhalbleitern für den selektiven Nachweis von Biomarkern wie Cortisol in Schweißabsonderungen. „Da die Cortisolkonzentration in Schweiß relativ niedrig ist und mehrere Tage lang gemessen wird, müssen die Sensoren längeren Zeiträume in wässriger Umgebung funktionieren und selektiv für einen spezifischen Biomarker oder Krankheitserreger sein. Und beides ist bislang eine Herausforderung“, sagt Mark Nikolka, der mit einem Marie-Skłodowska-Curie-Stipendium forscht. Halbleiterpolymere sind in vieler Hinsicht attraktiv: Sie sind zum einen kostengünstig und einfach verwendbar, zum anderen justierbar, elastisch und biokompatibel. Dies macht sie als Material ideal für Biosensoren, die auf der Haut getragen werden. „Bereits jetzt sind sie zu leistungsstarken Messgeräten für die Echtzeitdetektion und -überwachung von Biomarkern oder Krankheitserregern in Schweiß geworden, die ganz neue Möglichkeiten für die personalisierte Medizin und medizinische Kontrolle eröffnen“, erklärt Nikolka.
Vielfältigster Einsatz und neue Möglichkeiten
Die Forscher entwickelten eine neue Sensorarchitektur, die mit gängigen Methoden der Oberflächenmodifikation selektiv für spezifische Analyten gemacht werden kann. Das Prinzip des Sensors ist ein Transistor mit doppeltem Gate, der selektiv an den zu messenden Analyten bindet. „Auf andere Variablen wie Leitfähigkeit oder pH-Wert der Analytlösung reagiert er hingegen nicht“, kommentiert Nikolka. „Zudem ist das Design des Sensors sehr stabil, ohne Funktionsverlust selbst bei mehrtägigem Dauerbetrieb.“ Durch eine ionisch-dielektrische Schicht wird die Ladung der Biomarker vervielfacht, sodass höchste Sensitivität erreicht wird. Das entwickelte Design enthält einen neuen „Ionenverstärker“, der auch Signale zuverlässig erkennt, die unter einem Millivolt liegen. Schließlich ist die Technologie auch für neue EKG-Elektroden von Interesse. Nikolka erklärt: „Künftig könnte der neue flexible und elastische Sensor den Weg für eine innovative Gesundheitsüberwachung auf der Haut ebnen.“ „Robust OTFT sensors“ könnte so die Entwicklung personalisierter medizinischer Anwendungen wie die Überwachung psychischer Krankheiten oder kostengünstige Schnelltests auf Tumormarker deutlich voranbringen. „Das Projekt wird in der personalisierten Medizin neue Möglichkeiten eröffnen und Therapien besser und kostengünstiger machen, indem Arztbesuche oder Laboruntersuchungen minimiert werden“, so Nikolka abschließend.
Schlüsselbegriffe
Robust OTFT sensors, Schweiß, Biomarker, Wearable, Cortisol, Polymer, personalisierte Medizin
