Biosensorik Schwitzen für die Gesundheit: Sensorbasierte Pflaster als Fitness Tracker

Autor / Redakteur: Susann Thoma* / Vivien Deffner

Egal ob Blutdruck, Puls oder Herzfrequenz – diese Körperfunktionen dienen alle der Überprüfung des Herz-Kreislauf-Systems. Im Eurostars Projekt XPatch geht es um eine andere Möglichkeit. Bald soll das medizinische Monitoring auch mit den biochemischen Informationen aus Körperschweiß möglich sein.

Anbieter zum Thema

Besonders im Leistungssport sind Informationen zur körperlichen Verfassung wichtig. Das ultrasensitive, elektronische Pflaster XPatch nimmt Körperschweiß auf, generiert in Echtzeit genauste Angaben und schickt diese direkt an das Smartphone des Nutzers.
Besonders im Leistungssport sind Informationen zur körperlichen Verfassung wichtig. Das ultrasensitive, elektronische Pflaster XPatch nimmt Körperschweiß auf, generiert in Echtzeit genauste Angaben und schickt diese direkt an das Smartphone des Nutzers.
(Bild: Fraunhofer IZM / Volker Mai)

Dass Sport gesund hält, ist schon lange vor der Quarantäne-Zeit bekannt gewesen. Doch das reicht einigen Menschen nicht mehr: sie wollen wissen, was die einzelnen Sporteinheiten in ihrem Körperinneren bewirken, beziehungsweise mit welcher Übung sich die Fitness Fans vielleicht keinen Gefallen tun. Das internationale Wissenschaftsprojekt versammelt Fachleute der Biosensorik, um ein flexibles Sensorsystem zu entwickeln, das die biochemischen Informationen aus dem Körperschweiß in Echtzeit überwachen kann. Für ein sekundengenaues medizinisches Monitoring des Herz-Kreislauf-Systems von Leistungssportlerinnen und -sportlern entwickelt das internationale Konsortium eine neue Generation sensorischer Pflaster. Die mit Mikroelektronik ausgestattete Pflaster sollen auf dem Fitness- und Medizintechnikmarkt angeboten werden. Das Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) ist dabei für die Energieversorgung, Kommunikation und Systemintegration für den flexiblen autarken Gesundheitsmonitor zuständig.

Pflaster als Fitness Tracker?

Der kleine Gesundheitsmonitor ist ausgestattet mit Antennen und integrierten Schaltkreisen für die drahtlose Funk-Kommunikation mit einem Bluetooth-fähigen Endgerät. Außerdem sind eine flexible Mikrobatterie zur autarken Energieversorgung, die Analogelektronik, der Sensorchip sowie das Powermanagement untergebracht.

Die Fachkräfte für Mikroelektronik des Fraunhofer IZM waren für die Entwicklung der Aufbau- und Integrationstechnologie zuständig, um dünne Biosensoren und Elektronikkomponenten als flexible Pflaster zu realisieren. So wird eine praktische Anwendung bei den Sportlerinnen und Sportlern ermöglicht. Das Gesamtsystem in Form eines Pflasters inklusive aller eingebauten Komponenten und Funktionalitäten soll am Ende deutlich dünner als 1 mm sein.

Da XPatch ein biokompatibles und flexibles Modul zum Aufbringen auf der Haut ist, wurden dafür weiche und dehnbare, aber vor allem hautähnliche Materialien wie Polyurethan und Silikon verwendet. Durch das Einbetten der Elektronik in hautähnliche Materialien sind alle Komponenten von der Rückseite des Pflasters geschützt und haben keinen direkten Kontakt mit der Haut. Die dünnen biochemischen Sensorchips sind der Knackpunkt des Pflasters. Diese sind an den Stellen der sensitiven Pflasteroberfläche aufgebracht, an denen ein Hautkontakt gewährleistet ist. Eine Öffnung im Substrat ermöglicht dann die Schweißanalyse: Der Körperschweiß wird durch ein winziges Stück Vlies auf der freien Stelle des Pflasters aufgenommen. Dadurch sollen die in dem Chip enthaltenen Sensoren die gemessene Information in Echtzeit weitergeben und damit zur Verbesserung der körperlichen Fitness eingesetzt werden.

Dadurch kann der Schweiß der Sporttreibenden analysiert und die Messwerte dann in Echtzeit auf mobile Geräte übertragen werden. In das flexible Pflaster wurde zusätzlich eine energiesparende Funkschnittstelle integriert, die auf dem Bluetooth Low Energie Übertragungsstandard (BLE) basiert. So können die erfassten biochemischen Werte drahtlos an ein Smartphone übertragen werden. Dabei muss die für den Sende- und Empfangsbetrieb nötige Antenne möglichst kompakt gehalten werden. Gleichzeitig muss sie jedoch auch den Anwendungsanforderungen hinsichtlich Material, Formänderung und ihrer elektrischen Eigenschaften entsprechen.

Die Zukunft nach dem Projekt

Nachdem das ultrasensitive Pflaster nun technisch erfolgreich validiert ist, wurden voll funktionsfähige Prototypen aufgebaut, die im direkten Einsatz bei Sporttreibenden ab Ende August getestet werden. Das Projekt XPatch wird vom BMBF im Rahmen des EUROSTARS Programms gefördert und läuft noch bis zum Ende 2020. Das Projektkonsortium umfasst Projektpartner aus vier Ländern: Xsensio (Schweiz) befasst sich mit der Lab-on-Chip Technologie für die Schweißanalyse, R-DAS (Slowakei) ist verantwortlich für das ASIC Design sowie den analogen Schaltungsentwurf, die VU Amsterdam führt physiologische Tests und ebenso wie OLT (Deutschland) die Datenanalyse durch.

Besonders die Erkenntnisse im Bereich der flexiblen Substrattechnologien und der Integration elektronischer Komponenten wie Batterien und Antennen für medizinische Anwendungen sin für das Fraunhofer IZM von großer Bedeutung. Im Idealfall können die Technologien von Medizintechnikfirmen, Komponenten- und Materialherstellern genutzt werden, um eigene Produkte zu entwickeln und zu verbessern. Die Einführung neuer Produkte, welche unter Einbindung der Ergebnisse dieses Projektes entstehen, wird in den nächsten fünf Jahren angestrebt.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

* Susann Thoma arbeitet im Bereich Presse- und Öffentlichkeitsarbeit am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM).

(ID:46751916)