Faszination Technik Sensor-Pflaster nutzt Oktopus-Trick zur Pulsmessung

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: ein smartes Pflaster, das dank eines cleveren Oktopus-Tricks perfekt auf der Haut haftet und Puls und Gefäßsteifigkeit für die Herzdiagnostik präziser misst als jede Smartwatch.

Ein Forschungsteam der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (NTNU) hat ein innovatives Pflaster entwickelt, das Puls und Gefäßsteifigkeit messen kann – und das völlig ohne Elektronik. In Kombination mit einer gewöhnlichen Smartphone-Kamera könnte die Erfindung, die sich einen cleveren Trick aus der Natur zunutze macht, die Gesundheitsversorgung revolutionieren.

Der Oktopus als Vorbild

Damit das unscheinbare, aus Silikonkautschuk gefertigte Pflaster zuverlässig messen kann, muss es sich wie eine zweite Haut anpassen. Hier bedienten sich die Forscher der Bionik: Sie schauten sich das Design bei Kraken ab. Die Unterseite des Pflasters ist mit einer speziellen dreidimensionalen Struktur versehen, die den Saugnäpfen eines Oktopusses exakt nachempfunden ist. Diese biomimetische Oberfläche sorgt dafür, dass das Pflaster extrem fest und sicher auf der menschlichen Haut haftet, was die Präzision der Messung überhaupt erst möglich macht.

Wir wollten ein flexibles, kostengünstiges Gerät entwickeln. Das Einzigartige daran ist, dass wir das Signal des Herzens auf dem Pflaster mit unseren eigenen Augen sehen können.

Angelos Xomalis, außerordentlicher Professor an der NTNU

Die Oberseite des Pflasters hingegen schimmert wie die Rückseite einer CD. Ihr Geheimnis liegt in einem nanoskaligen Muster. „Wir wollten ein flexibles, kostengünstiges Gerät entwickeln. Das Einzigartige daran ist, dass wir das Signal des Herzens auf dem Pflaster mit unseren eigenen Augen sehen können“, erklärt Angelos Xomalis, außerordentlicher Professor an der NTNU. Sobald Pulswellen aus den Blutgefäßen die Haut bewegen, dehnt sich das Pflaster. Diese mechanischen Bewegungen führen zu sofortigen Farbveränderungen auf der Oberfläche, die von jeder handelsüblichen Handykamera erfasst werden können. Zusätzliches Equipment wie Spektrometer oder Laser ist nicht nötig.

Präziser und gerechter als Smartwatches

Die Erfindung bietet entscheidende Vorteile gegenüber gängigen Fitness-Trackern. Smartwatches nutzen meist optische Sensoren (grüne LEDs), um Veränderungen des Blutvolumens zu messen. „Ein Nachteil von Smartwatch-Messungen ist, dass sie stark von der Hautpigmentierung beeinflusst werden und bei dunkler Haut schlechter funktionieren“, so Xomalis. Dies sei ein erhebliches Problem für eine gerechte Gesundheitsversorgung. Das Oktopus-Pflaster umgeht dieses Problem komplett, da es rein mechanisch reagiert.
Zudem liefert es tiefere medizinische Einblicke. Es misst nicht nur den Puls, sondern auch die Steifigkeit der Blutgefäße. „Blutgefäße werden mit zunehmendem Alter generell steifer. Bei starken Rauchern altern sie oft noch schneller, während Sportler ein jüngeres Gefäßsystem behalten können“, erläutert Torjus Lines Steffensen, Postdoktorand an der NTNU. Steife Gefäße sind ein wichtiger Indikator für Herz-Kreislauf-Erkrankungen – Informationen, die herkömmliche Smartwatches nicht in dieser Tiefe liefern können.

Hightech-Medizin für entlegene Regionen

Bisher erfordern derart präzise Messungen teure EKG-Maschinen, die an Krankenhäuser oder Arztpraxen gebunden sind. In entlegenen Teilen der Welt, etwa in Afrika, fehle jedoch oft der Zugang zu solcher Infrastruktur, betonen die Forscher.
Das neue Pflaster löst dieses Problem: Es verlagert die technische Komplexität der Messung einfach auf das Smartphone – ein Gerät, das heute ohnehin fast überall auf der Welt verfügbar ist. In ersten klinischen Tests erwies sich die Technologie bereits als so zuverlässig, dass sie etablierte Methoden übertraf. Die NTNU-Forscher sehen in ihrer Entwicklung daher den Startschuss für eine völlig neue Generation tragbarer, kostengünstiger und stromunabhängiger Gesundheitssensoren.
 

Quelle: Advanced Materials, doi: 10.1002/adma.74512