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Jul 23, 2023

Biometrische Sensoren im Einsatz, die Krankenakten ersetzen und die häufigsten Erkrankungen diagnostizieren

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Dank der Einführung der Biometrie schreitet die Medizintechnik rasant voran. Hochentwickelte biometrische Sensoren haben das Potenzial, unsere tägliche Gesundheit zu überwachen und Krankheiten im Frühstadium zu erkennen.

Hier sind nur einige unglaubliche Durchbrüche in der biometrischen Technologie, die bald das Gesicht der Gesundheitsbranche und die Art und Weise, wie wir unsere eigenen medizinischen Daten erfassen, verändern könnten.

Eine der derzeit aufregendsten Technologien wurde Anfang 2017 von Forschern des MIT und des Brigham and Women's Hospital vorgestellt. Sie entwickelten eine Voltaikzelle, die mit der Magensäure eines Patienten betrieben wird und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bietet.

Die Zelle enthält Zink- und Kupferelektroden, und zwischen diesen Elektroden können Ionen durch die Magensäure transportiert werden. Dadurch wird der Stromkreis mit Strom versorgt, was wiederum einen Temperatursensor und einen drahtlosen Sender mit Strom versorgt. Dies bedeutet, dass eine Pille, die die Zelle enthält, verwendet werden könnte, um Veränderungen im Körper zu erkennen und die Ergebnisse drahtlos an Computer und/oder intelligente Geräte zu übertragen.

Eine weitere Innovation des MIT und der Harvard Medical School aus dem Jahr 2017 war eine farbverändernde Tinte mit biosensorischen Eigenschaften, die in Tätowierungen zur Gesundheitsüberwachung verwendet werden konnte. Die intelligenten Tattoos könnten es den Menschen ermöglichen, ihren Glukose- und Natriumspiegel zu überwachen.

Das Projekt mit dem Namen DermalAbyss reagiert auf Veränderungen in unserer interstitiellen Flüssigkeit. In dieser Flüssigkeit schweben unsere Hautzellen und sie enthält Informationen über die schwankenden chemischen Werte unseres Körpers.

Die Tinte wechselt zwischen Blau und Braun, um Veränderungen des Glukosespiegels anzuzeigen, und die Tinte zur Natriumüberwachung variiert in der Helligkeit unter Schwarzlicht. Die bahnbrechende Technologie könnte für Diabetespatienten, die ihren Blutzuckerspiegel überwachen möchten, von großem Nutzen sein.

Theoretisch könnten die Tinten sogar zur Überwachung und Erkennung anderer Veränderungen in unserer Blutchemie verwendet werden.

Anfang des Jahres investierte Fitbit 6 Millionen US-Dollar in Sano – ein Unternehmen, das Sensoren zur Glukoseüberwachung und eine entsprechende App herstellt. Dies ist ein starker Indikator dafür, dass Unternehmen wie Fitbit in naher Zukunft eine Vorreiterrolle bei tragbaren Gesundheitstechnologien übernehmen wollen.

Der Sano-Sensor ist in einem tragbaren Patch untergebracht, der drahtlos mit der Smartphone-App des Unternehmens kommuniziert. Neben der Überwachung des Glukosespiegels kann die App auch Ernährungsumstellungen und Übungen empfehlen, um die Gesundheit des Trägers zu fördern.

Letztes Jahr kam Medtronics künstliche Bauchspeicheldrüse auf den Markt, ein biometrisches Gerät, das den Blutzuckerspiegel misst und bei Bedarf Insulin verabreicht. Bis heute ist es die einzige von der FDA zugelassene automatische Insulinpumpe.

Es verfügt über einen Glukosesensor, eine Insulinpumpe und ein Infusionspflaster, das das Insulin über einen Katheter abgibt. Der Sensor sammelt Informationen über den Glukosespiegel des Trägers und die Abgabe von Hintergrundinsulin wird entsprechend angepasst.

Patienten haben die Möglichkeit, die Grenze ihrer Insulinzufuhr festzulegen und das Gerät entweder bei Erreichen dieser Grenze oder kurz davor automatisch in den Schlafmodus wechseln zu lassen.

Der im September 2017 vorgestellte MasSpec-Stift ist ein Handgerät, das Krebszellen in etwa zehn Sekunden erkennen kann. Es wurde für den Einsatz in der Chirurgie entwickelt, damit die Chirurgen nur krebsbefallene Bereiche entfernen und nicht betroffenes Gewebe schonen können.

Der MasSpec ist schneller als die meisten Krebsfrüherkennungstests und weist eine Genauigkeit von 96 % auf. Es funktioniert durch die Untersuchung der Stoffwechselprodukte der Zellen, die Krebs auf molekularer Ebene erkennen können. Dies geschieht ohne Schmerzen für den Patienten, da lediglich ein Tropfen Wasser auf das Gewebe aufgetragen und die Moleküle untersucht werden, die vom Gewebe in das Wasser wandern.

Forscher an der RMIT University in Melbourne, Australien, stellten Anfang des Jahres ihre Arbeit an einnehmbaren Sensoren vor. Die Sensoren passieren den Verdauungstrakt und sammeln und übermitteln Informationen über die Gaskonzentrationen in uns und unsere allgemeine Darmgesundheit.

[siehe auch]

Die faszinierenden kleinen Sensoren könnten nicht nur zur Feststellung von Nahrungsmittelunverträglichkeiten, sondern auch als Früherkennung von Darmkrebs eingesetzt werden. Die Technologie verfügt über separate Sensoren zur Messung von Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserstoff und ermöglicht die Übertragung und Anzeige der Daten auf einem Computer.

In den letzten Jahren gab es viele Fortschritte bei biometrischen Wearables und sogenannten Smart Skins. Kürzlich stellten Forscher der Universität Tokio ein intelligentes Haut-Overlay vor, das nicht nur Vitalwerte messen, sondern diese auch auf dem Körper anzeigen konnte.

Mithilfe der Halbleitertechnologie kann die elektrische Haut die Herzfrequenz, den Blutdruck, die Temperatur und mehr des Trägers verfolgen. Träger können ihre Vitalwerte sogar drahtlos in die Cloud oder direkt an den Computer ihres Arztes übertragen lassen.

Dies würde es Ärzten ermöglichen, den Gesundheitszustand ihrer Patienten aus der Ferne zu überwachen, was besonders bei älteren Patienten oder anderen Patienten, die einen höheren Pflegeaufwand benötigen, nützlich ist.

Seit 2016 arbeitet IBM an der Lab-on-a-Chip-Technologie, die eine Vielzahl verschiedener Krankheiten schnell und effektiv erkennen könnte. Die Chips untersuchen Nanopartikel im Körper, um Krebs und andere Krankheiten zu erkennen, und könnten eines Tages invasivere Verfahren wie Biopsien ersetzen.

Bei der Krebsvorsorge sammeln die Chips Exosomen – winzige Partikel, die aus Zellen stammen und Informationen über die Zellen enthalten, aus denen sie stammen. Die Chips können Informationen erkennen, die normalerweise nur durch ein Elektronenmikroskop beobachtet werden können, sodass keine Probenentnahme erforderlich ist.

Sobald ein Arzt mit einem Chip ausgestattet ist, kann er direkt auf die Informationen des Patienten zugreifen.

Forscher aus den USA, China und Südkorea haben kürzlich neue, tragbare Sensoren vorgestellt, die die Temperatur und den Blutdruck von Patienten aus der Ferne verfolgen können. Die pennygroßen Sensoren sammeln Daten vom Patienten und übermitteln sie an einen Arzt.

Sie sollen in Sätzen von bis zu 65 Stück getragen werden, verteilt auf verschiedene Körperbereiche des Patienten. Die gesammelten Informationen werden von einer NFC-Sendespule gespeichert, bevor sie an den Arzt gesendet werden.

Obwohl die Sensoren derzeit nur Druck und Temperatur überwachen können, möchte das Forschungsteam die Fähigkeiten auf Herzfrequenz und Atmung erweitern.

Im März dieses Jahres haben Forscher der Tufts University Sensoren entwickelt, die am Zahn getragen werden können und Ihre Ernährungsinformationen in Echtzeit verfolgen können. Die winzigen Sensoren können alles verfolgen, vom Alkoholkonsum bis hin zum Natrium- und Glukosespiegel.

Die Sensoren bestehen aus drei Schichten – einer zentralen Schicht, die die chemischen Verbindungen der Lebensmittel registriert, mit denen sie in Kontakt kommen, und zwei äußeren Schichten, die die Daten übertragen. Die Sensoren könnten es den Trägern ermöglichen, ihren Konsum verschiedener Chemikalien genau zu verfolgen, und Ärzten und Zahnärzten außerdem einen genauen Überblick über die Ernährungsgewohnheiten ihrer Patienten geben.

Diese neue CRISPR-Technologie könnte es Benutzern ermöglichen, sich selbst zu diagnostizieren, egal wo sie sich befinden. Die Mammoth CRISPR-Plattform besteht aus einer kleinen Karte, die CRISPR-Proteine ​​enthält. Wenn die Körperflüssigkeiten des Benutzers mit den Proteinen in Kontakt kommen, beginnen sie sofort mit der Suche nach Krankheits-DNA und Infektionen.

Mit der entsprechenden App können Nutzer ihre Daten an Mammoth Biosciences senden und erhalten innerhalb von 30 Minuten eine vollständige Diagnose und Behandlungsvorschläge. Dies stellt einen großen Durchbruch bei der Früherkennung von Krankheiten dar und bietet Nutzern außerdem die Möglichkeit, sich ohne Arzttermin schnell und einfach selbst auf Krankheiten zu untersuchen.

Im November letzten Jahres genehmigte die FDA offiziell eine Sensorpille, die Ärzte alarmierte, wenn sie erfolgreich von einem Patienten eingenommen wurde. Das Medikament Abilify MyCite ist ein Antipsychotikum und könnte psychiatrischen Ärzten dabei helfen, sicherzustellen, dass ihre Patienten weiterhin medikamentös behandelt werden.

Nach Einverständnis des Patienten kann der Arzt die Smart Pills verschreiben. Die beteiligte Technologie besteht aus drei Schlüsselkomponenten. Erstens ist die Pille selbst mit einem internen Sensor ausgestattet, der auf den Kontakt mit Magensäure reagiert. Sobald der Sensor aktiviert ist, kommuniziert er mit einem vom Patienten getragenen Pflaster. Von dort wird das Signal an das Smartgerät des verschreibenden Arztes gesendet, um ihn über die Einnahme des Medikaments zu informieren.

Obwohl IBM intensiv an Lab-on-a-Chip-Technologien arbeitet, gehen einige Wissenschaftler noch einen Schritt weiter. Die Lab-on-a-Fiber-Technologie arbeitet mit Glasfasern und eignet sich besser für feuchte Umgebungen im Körper als Chips.

Aufgrund ihrer geringen Größe können die Fasern direkt in die Organe oder Venen eines Patienten implantiert und als Biosensoren verwendet werden. Ähnlich wie Lab-on-a-Chip-Technologien sind diese Fasern in der Lage, Exosomen zu sammeln und zu untersuchen, um Krankheiten im Frühstadium zu erkennen und zu diagnostizieren.

Außerdem verwenden sie Licht anstelle von elektrischem Strom, um ihre Messungen durchzuführen, was vermutlich weniger Risiken für den Körper des Patienten mit sich bringt.

Der letztjährige Gewinner des James Dyson Award war sKan – ein Handgerät, das Hautkrebs erkennen kann. Das von einem Team von Ingenieuren der kanadischen McMaster University entwickelte Gerät ist kostengünstiger und invasiver als herkömmliche Hautkrebs-Screening-Methoden wie Biopsien.

Es verwendet wärmeempfindliche Widerstände, um den Körper abzubilden und dann einen digitalen Messwert zu generieren, der feststellen kann, ob Spuren von Krebs vorliegen oder nicht. Diese Technologie könnte es Ärzten bald ermöglichen, Patienten schnell und effektiv zu diagnostizieren, und das zu einem Bruchteil der derzeitigen Kosten.

Im Jahr 2016 stellten Forscher des brasilianischen Nationalen Nanotechnologielabors einen nanoskaligen Biosensor zur Krebserkennung vor. Das Gerät könnte die Früherkennung von Krebs sowie der Alzheimer- und Parkinson-Krankheit ermöglichen.

Der Sensor besteht aus einem organischen Transistor, der auf die Enzyme reagiert, die bei vielen Krebsarten und anderen Krankheiten vorkommen. Der Sensor würde nicht nur eine frühzeitige Erkennung und Diagnose ermöglichen, sondern auch zur Überwachung der Wirksamkeit der Behandlung nach der Diagnose eingesetzt werden.