Intelligente Pflaster
Smart Patches, das nächste Kapitel
Covestro und Accensors zeigten 2021 die ersten physischen Modelle ihrer in Kooperation entwickelten Smart Patches. Jetzt findet bei Accensors die technische Weiterentwicklung der Prototypen statt – ein Blick auf den Status und die Trends der elektronischen Pflaster zur Messung von Vitaldaten.
Für die digitale Gesundheit, die Prävention, das Telemonitoring und die Selbstüberwachung bieten Wearables, insbesondere Smart Patches, viele Vorteile: Sie werden auf die Haut geklebt, benötigen keine zusätzlichen Bänder, die verrutschen können, senden Daten kabellos und bieten dadurch mehr Möglichkeiten zur kontinuierlichen Messung für die Dauer von bis zu zehn Tagen. Der direkte Hautkontakt ermöglicht die Messung von Vitaldaten, deren Erfassung sonst nicht möglich wäre.
Im Vordergrund steht der Nutzen für den Patienten. Doch auch das Design des hier als Referenz angeführten zweiteiligen Smart Patches (Bild 1) trägt zu einer nutzerzentrierten, medizinischen Überwachung bei, indem verschiedene Aspekte, wie Zweck, Funktionalität, User Experience, aber auch Produktionsprozesse sowie Nachhaltigkeitsaspekte, berücksichtigt werden. Vor allem bei einer mehrtägigen und längerfristigen Nutzung entscheidet das Verhältnis zwischen Praktikabilität und Komfort über den Messerfolg.
Neuartiges Smart Patch Design
Die Unterschiede des gemeinsam entwickelten Patches im Vergleich zu anderen Produkten sind die sehr geringe Größe und ein modularer Aufbau, der einen schnellen Austausch und individuelle Gestaltung ermöglicht sowie neuartige Parameter und Körperfunktionen, die zusätzlich zu EKG, EMG und Glukose gemessen werden können. Der Patch kann zudem kostengünstig im Rolle-zu-Rolle Verfahren produziert werden.
Covestro setzt in dieser Kooperation für medizinische Anwendungen geeignete Rohstoffe ein, die eine verantwortungsvolle Ressourcennutzung und eine einfache Verarbeitung bieten. Die Kombination aus Baymedix-Schaum und Platilon-TPU-Folie kann thermoverformt werden, ohne Abstriche bei der Flexibilität oder Atmungsaktivität machen zu müssen. Die von Accensors entwickelten Sensoren können außerdem in großen Stückzahlen einseitig auf Bögen oder Rollen gedruckt werden, die anschließend gemeinsam mit dem vorbereiteten Schaum verheiratet werden. Mit der Wiederverwendung der Elektronik werden weitere Ressourcen geschont.
Datenqualität führt in neue Märkte
Doch der eigentliche Mehrwert liegt in den mit den Patches neu gewonnenen Erkenntnissen. Für schnelle Hilfe und Heilung muss ein Zustand, eine Erkrankung oder ein Problem möglichst genau beschrieben werden. Darauf basierend können Sensoren entwickelt werden, die in diesem Problembereich messen und anschließend Daten für Analysen und Vorhersagen auf Basis eines kontinuierlichen Patienten-Monitorings liefern können.
Die Forschung an neuen Biomarkern zeigt, wie sehr ein besseres Verständnis und genauere Beschreibungen von Erkrankungen gebraucht werden. Gleichzeitig eröffnen neue Technologien wie gedruckte Elektronik und innovative Materialien neue Chancen für die Früherkennung, Diagnose oder Behandlung von Erkrankungen. An der Schnittstelle zwischen wissenschaftlicher Forschung und Realität ermöglichen neue Sensoren neue Erkenntnisse und umgekehrt. Auf diese Weise können sich wissenschaftliche Erkenntnisse und innovative Technologien gegenseitig bereichern.
Die nächste Stufe intelligenter Patches
Für Covestro und Accensors geht die Zusammenarbeit mit einem ersten Anwendungsfall weiter in die Tiefe. Forschungen haben in den letzten Jahren gezeigt, dass die Messung von Elektrolyten im Schweiß möglich und sinnvoll ist. Anders als über die Untersuchung des Blutes oder Urins zur Bestimmung der Elektrolyte, können über den Körperschweiß kontinuierlich kleine Veränderungen detektiert werden. Smart Patches ermöglichen hier eine nicht-invasive, kontinuierliche Bestimmung des Elektrolytvorrats.
Bereits im Einsatz sind die elektronischen Messgeräte zur Diagnose von Mukoviszidose, einer angeborenen Stoffwechselerkrankung, die den Salz-Wasser-Haushalt beeinflusst. Durch den Schweißtest kann der Verdacht auf eine Mukoviszidose durch einen erhöhten Kochsalzgehalt, gemessen an Chlorid, bestätigt werden. Aber auch im Alter und im Sport kann ein Elektrolyt-Monitoring sinnvoll sein, um zum Beispiel einen Natriummangel, die sogenannte Hyponatriämie, zu erkennen. Natriummangel ist die häufigste Elektrolytstörung in der Notaufnahme und obwohl es häufig nicht erkannt wird, leiden bis zu 30 Prozent der Klinikpatienten und etwa jeder 20. ältere Hausarztpatient darunter. Es ist sogar möglich, dass ein Natriummangel fälschlicherweise als Demenz diagnostiziert wird, da sich die Symptome ähneln. Eine regelmäßigere Messung als ein Bluttest pro Jahr lohnt sich also insbesondere bei über 70-Jährigen, welche empfindlicher auf Schwankungen im Natriumgehalt reagieren, um so einer zu späten Behandlung oder vermeidbaren Stürzen und Brüchen zu entgehen.
Für genau diese Anwendungsfälle wird gerade ein Prototyp entwickelt, der Smart Patch soll Natrium bzw. Natriumchlorid überwachen. Zusätzlich werden die Patches mit einem Temperatursensor für die Hauttemperatur ausgestattet sein, um von der Körpertemperatur abhängige Schwankungen und Schweißabsonderungen aufzuzeichnen.
Die Bedeutung der Mikrofluidik
Für die kontinuierliche Messung von frischem Schweiß muss sichergestellt werden, dass sich keine Elektrolyte in der Flüssigkeit ansammeln. Die am Smart Patch eingesetzten Covestro-Materialien können dafür neben ihrer Funktion als Trägermaterial für den Sensor auch als Absorber dienen. Durch die von Accensors entwickelte und eingebaute folienbasierte Mikrofluidik kann eine Kapilarwirkung erzeugt werden, die den langsamen Durchfluss von Schweiß ermöglicht. Die betrachtete Flüssigkeit wird anschließend in einem Absorberschaum gesammelt und beim Austausch des Disposable Patches entsorgt (Bild 2).
Fortschritt durch Interdisziplinarität
Die Trends digitale Gesundheit, Wearables und Printed Electronics passen sehr gut zusammen und können die Digitalisierung für Patienten und Ärzte unterstützen. Die Weiterentwicklung des Smart-Patch-Konzeptes ist ein Anfang, die Technologie lässt noch viele weitere Folgeentwicklungen zu. Global ist das Thema von großem Interesse und Start-ups legen ein deutliches Tempo vor, weil sie mit frischen Ergebnissen und einem neuen Vorgehen den »Markt aufmischen«. (uh)
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