«Chem-Phys»
Biosensor misst EKG und biochemische Signale
publiziert: Mittwoch, 25. Mai 2016 / 15:43 Uhr

San Diego - Forscher der University of California San Diego (UCSD) haben den ersten flexiblen, tragbaren Biosensor entwickelt, der biochemische und elektrische Signale misst.

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Das «Hightech-Pflaster» namens «Chem-Phys» erfasst sowohl das elektrokardiografische Herzsignal (EKG) als auch die Laktat-Levels, einen Biomarker für die physische Aktivität in Echtzeit. Es lässt sich direkt auf der Brust tragen und sendet seine Daten per Bluetooth an Smartphones, Smartwatches oder Laptops.

«Bedeutender Schritt»

«Unser übergeordnetes Ziel ist es, ein Tricoder-ähnliches tragbares Gerät zu entwickeln, das zur gleichen Zeit eine ganze Palette von verschiedenen chemischen, physikalischen und elektrophysikalischen Signalen über den ganzen Tag verteilt messen kann», zitiert «ScienceDaily» Patrick Mercier, einen der Projektleiter und Professor für Electrical Engineering an der UCSD Jacobs School of Engineering. Der aktuell vorgestellte Prototyp sei ein «bedeutender Schritt» zur Erreichung dieses Ziels.

«Unsere Forschung zeigt, dass es möglich ist. Die meisten kommerziellen tragbaren Geräte, die heute erhältlich sind, können nur ein bestimmtes Signal wie etwa die Herzschlagfrequenz oder die Anzahl der zurückgelegten Schritte messen. So gut wie keines ist in der Lage, chemische Signale wie den Laktatspiegel zu registrieren», so Mercier.

Gegenseitige Interferenz

Genau hier soll der Chem-Phys ansetzen. Um es dem kleinen Gerät zu ermöglichen, zwei unterschiedliche Signale abzufragen, mussten die Forscher zunächst einen Weg finden, die gegenseitige Interferenz zu beseitigen, die auftritt, wenn man zwei Sensoren parallel nebeneinander betreibt. Hierbei galt es in langwierigen mühsamen Experimenten, den richtigen Abstand zwischen der Elektrode, die den Laktatspiegel misst, und jener, die das EKG erstellt, zu finden. Als optimal stellte sich schliesslich ein Abstand von vier Zentimetern heraus.

Beim Material fiel die Wahl auf eine dünne Polyesterplatte, die sich direkt auf die Haut auftragen lässt. Darauf wurden dann beide Sensoren montiert, die ihrerseits wiederum mit einer winzigen, extra für diese Zwecke gefertigten Leiterplatte verbunden wurden. Letztere ist mit einem Microcontroller und einem Bluetooth-Niedrigenergie-Chip ausgestattet, mit dessen Hilfe sich die gesammelten Daten auf einen Computer oder ein Smartphone übertragen lassen.

Bei einem ersten Test wurde der neue Biosensor bei drei männlichen Personen eingesetzt. Chem-Phys wurde auf der Brust während eines 15- bis 30-minütigem Trainings getragen. Zwei der Probanden trugen zudem auch ein herkömmliches Messarmband zur Überwachung der Herzfrequenz. «Beim anschliessenden Vergleich der Messdaten stimmten die Ergebnisse von unserem Sensor mit denen der Armbänder ziemlich genau überein», schildert Mercier das positive Endresultat. Die Forscher wollen nun vor allem an der Verbesserung des Sensordesigns arbeiten und mit weiteren zusätzlichen Sensoren experimentieren, die auch andere chemische Signale wie den Magnesium-Level messen können.

(cam/pte)

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