Benötigen Sie ein Blutzuckermessgerät? Ihr Telefon könnte bald die Lösung sein

Vom Telefonkompass zum Blutzuckermessgerät

Bei vielen Gesundheitszuständen ist die Überwachung von Gesundheitsmetriken wie dem Glukosespiegel häufig erforderlich. Dies erfordert in der Regel entweder Labortests oder teure spezielle medizinische Geräte.

Dies könnte sich dank der Umnutzung von Teilen des mittlerweile allgegenwärtigen Smartphones ändern, heißt es in einem wissenschaftlichen Artikel, der von Forschern des National Institute of Standards and Technology in Boulder, USA, mit dem Titel „Quantitative, hochempfindliche Messung flüssiger Analyten mit einem Smartphone-Kompass."

Sie entdeckten eine Möglichkeit, den im Smartphone integrierten Magnetkompass in ein medizinisches Gerät umzuwandeln, das Glukose oder pH-Wert messen kann.

Diese innovative Adaption eines Smartphones basiert auf Hydrogel, einem porösen Material, das beim Eintauchen in Wasser aufquillt. Die Forscher Mark Ferris und Gary Zabow haben ein maßgeschneidertes Hydrogel mit darin eingebetteten winzigen Magnetpartikeln entwickelt.

Dieses Hydrogel wurde so konstruiert, dass es auf Änderungen der Glukosekonzentration oder des pH-Werts (Säuregehalt) durch Schrumpfung oder Vergrößerung reagiert. Dazu wurden zwei Hydrogelschichten erzeugt, deren Größe sich je nach pH-Wert oder Glukose unterschiedlich schnell änderte.

Diese Größenänderung bewegt die magnetischen Partikel näher oder weiter vom Telefonkompass entfernt, was leicht mit dem Telefon gemessen werden kann.

Quelle: NIST

Sowohl Glukose als auch pH-Wert sind wichtige Messgrößen bei einer Vielzahl von Krankheiten, einschließlich Diabetes. Die Methode erreichte eine beeindruckende Empfindlichkeit, da Veränderungen bereits im Bereich von wenigen Millionstel Mol (der wissenschaftlichen Einheit für eine bestimmte Anzahl von Atomen oder Molekülen in einer Substanz) nachgewiesen wurden, was weit unter der für eine ordnungsgemäße Diagnose erforderlichen Präzision liegt.

Das Hydrogel kann über einen einfachen Plastikclip mit dem Smartphone in Kontakt gebracht werden und die Magnetfeldschwankung kann über eine einfache App gemessen werden. Und der Plastikclip könnte sogar sein 3D gedruckt.

Quelle: Nature

Hauptvorteile von Telefonglukometern

Diese Messmethode allein ermöglicht keine technisch genauere Messung von Glukose oder pH-Wert. Aber es bringt ein paar entscheidende Vorteile mit sich:

• Kosten: Da Smartphones bereits verfügbar sind, entfällt die Notwendigkeit eines maßgeschneiderten medizinischen Geräts.
  • Darüber hinaus sind Hydrogele wie das hier verwendete kostengünstig und leicht im großen Maßstab herzustellen. Dadurch sollen die Kosten für die „Kartusche“ zur Glukosemessung niedrig gehalten werden. Der Forscher schätzte die Kosten der Hydrogel-Aktuatoren für die Glukosemessung auf 0.16 US-Dollar und für den pH-Wert auf 0.03 US-Dollar.
• Außerdem ist keine weitere Stromquelle erforderlich, was es zu einem idealen Messwerkzeug in jeder Situation macht, von zu Hause bis zum Büro usw.
• Da Smartphones bereits mit Konnektivität ausgestattet sind, können sie medizinische Daten direkt an Ärzte oder eine Gesundheits-App übermitteln und so ohne zusätzliche Kosten direkte Daten in digitale Gesundheitssysteme einspeisen.
• Die extreme Empfindlichkeit der Methode ermöglicht die Verwendung einer sehr kleinen Probe, wodurch die Messmethode weniger invasiv wird.

Insgesamt könnte dies das tägliche Leben von Millionen von Patienten radikal verändern und gleichzeitig die Überwachung und digitale Datenqualität wichtiger Gesundheitskennzahlen verbessern.

Quelle: Unsplash

Was kommt als Nächstes?

Rechtliches

Diese Innovation muss in eine benutzerfreundliche Glukometer-Messmethode umgewandelt werden, die von Medizinern getestet und von Gesundheitsbehörden wie der FDA validiert werden muss.

Auch wenn dies eher eine regulatorische als eine technische Frage ist, wird sie wahrscheinlich Zeit und Geld erfordern.

Eine spezielle Software und eine entsprechende ergonomische App, die die magnetische Messung in eine Glukosemessung umwandeln kann, müssen ebenfalls entwickelt und gleichermaßen von Ärzten und Aufsichtsbehörden validiert werden.

Quelle: Unsplash

Schließlich muss jede Weitergabe medizinischer Daten auf eine Weise erfolgen, die eine sichere und vertrauliche Speicherung dieser Daten gewährleistet. Bei jeder Integration mit anderen Gesundheitsüberwachungs-Apps oder bei der Kommunikation mit medizinischem Fachpersonal gelten dieselben Anforderungen.

Weitere Gesundheitsmessungen

Glukose und pH-Wert wurden in dieser Studie von den Forschern als Proof-of-Concept verwendet, aber viele andere biologische Messwerte konnten auf die gleiche Weise gemessen werden.

Durch die extrem hohe Empfindlichkeit könnte beispielsweise auch Glukose im Speichel gemessen werden, der deutlich geringer konzentriert ist als im Blut. In Kombination mit der einfachen Bedienung eines Smartphones wäre die Messung dadurch weitaus weniger invasiv als jedes aktuelle Blutzuckermessgerät.

Die Methode könnte auch für andere Moleküle verwendet werden.

Beispielsweise werden Histamine normalerweise durch anspruchsvolle Laboranalysen gemessen und erfordern eine 24-Stunden-Urinsammlung, könnten aber mit seiner neuen Methode auch zu Hause gemessen werden.

Dies könnte auch mit einer speziellen Hydrogelformel verwendet werden, die Analytbindungsgruppen enthält. Dadurch könnte das Hydrogel auf relevante Ziele wie Natrium, Kalium, Laktat und Enzyme reagieren.

Quelle: Unsplash

Verbessertes Design des Hydrogel-Detektors

Die in dieser Studie vorgeschlagenen zweischichtigen, gleichmäßigen Hydrogelplatten sind nur eine der Optionen für die Gestaltung eines Hydrogel-Messgeräts.

Die Forscher schlagen Alternativen vor wie „eine Knickbewegung mit einem Hydrogel, das an zwei Enden statt nur an einem fixiert wird, könnte die Stabilität erhöhen“.

Eine verdrehende Hydrogelbewegung kann es ermöglichen, dass die Feldrichtung von negativ zu positiv wechselt, was die gesamte mögliche Signaländerung verdoppelt und den dynamischen Bereich vergrößert, wenn die Häufigkeit, mit der die Feldrichtung zwischen jeder 180°-Verdrehung des Hydrogel-Aktuators wechselt, verfolgt wird.

Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass das System Störungen und Verunreinigungen erkennt, die die Messung beeinträchtigen könnten.

Auch die Gewährleistung einer langen Haltbarkeit des Hydrogels ist für den späteren kommerziellen Erfolg von entscheidender Bedeutung.

Verwandeln Sie Telefone in chemische Analysetools

Eine weitere Anwendung dieser Entdeckung geht über die Messung biologischer Parameter hinaus. Die Messung des pH-Werts ist beispielsweise bei einer Blutprobe nützlich, kann aber ebenso nützlich sein, um den pH-Wert von Wasser oder Boden zu messen.

Dies könnte dieses System zu einer leistungsstarken Alternative zu pH-Teststreifen machen, die für pH-Tests im Feld verwendet werden, und gleichzeitig die Messgenauigkeit eines Tausend-Dollar-Tischmessgeräts zu einem Bruchteil der Kosten bieten.

Hydrogel könnte auch so konzipiert werden, dass es auf andere chemische und physikalische Reize wie Licht, Ionenstärke und Temperatur reagiert.

Mögliche Anwendungen sind für die Quantifizierung chemischer Schadstoffe in Leitungswasser zu Hause, für Lebensmitteltests anderer undurchsichtiger Flüssigkeiten wie Orangensaft, Milch, Kaffee, Wein oder Suppen sowie für Umweltanalysen, beispielsweise zur Analyse möglicherweise trüber Seen, vorgesehen oder Wasser an abgelegenen Orten fließen lassen.

Smartphone-basiertes DNA-Lesen?

Später können wir uns sogar vorstellen, dass Hydrogel fortschrittliche Zieltechniken nutzt, wie z Molekular geprägte Polymere und komplementäre Nukleinsäuresequenzen. Dies würde dem Hydrogel die Fähigkeit verleihen, auf bestimmte Proteine ​​und DNA-Sequenzen zu reagieren.

So könnten Smartphones dann in der Lage sein, Krankheitserreger in der Luft oder im Wasser zu erkennen und teure und abfallproduzierende Tests wie die während der Pandemie eingesetzten Covid-Tests zu ersetzen.

Kontinuierliche Überwachung

Diese Studie zeigt, wie Smartphones und das gesamte IoT (Internet der Dinge) wahrscheinlich die Art und Weise revolutionieren werden, wie wir in Zukunft mit medizinischen und chemischen Messungen umgehen.

Wir tragen ständig ein komplexes elektronisches Gerät mit bereits eingebauten äußerst empfindlichen Analysewerkzeugen in unserer Tasche, das für neue Anwendungen umfunktioniert werden kann.

Die Glukosemessung wird wahrscheinlich eine der ersten sein, aber wir können uns leicht eine Zukunft vorstellen, in der wir einfach einen Tropfen Speichel auf unser Smartphone geben oder atmen könnten und uns biochemische Daten, die Erkennung von Krankheitserregern, Warnungen vor Umweltverschmutzung usw. liefern würden .

Unternehmen für IoT und Gesundheitssensoren

1. Koninklijke Philips NV

Philips ist eine bekannte kleine Verbrauchermarke für Elektronikartikel (Rasierer, elektrische Zahnbürsten), die auch im Gesundheitswesen tätig ist. Es war die Nr. 1 für MedTech-Patentanmeldungen in Europa im Jahr 2022.

Das Unternehmen ist im Bereich vernetzter Medizinprodukte tätig, von Wearables über Bildgebungsgeräte bis hin zu Beatmungsgeräten und medizinischen Robotern. Darüber hinaus ist das Unternehmen in den Bereichen Halbleiter (einschließlich Magnetschwebetechnik) und Hightech/Robotik/Automatisierung tätig.

Das Wearable-Angebot von Philips umfasst Herz-, Atmungs- und Aktivitätsmesswerte. Die Sensoren können in Smartwatches, Gesundheitsmonitore, medizinische Pflaster und Aktivitätstracker integriert werden.

Was Wearables betrifft, Philips favorisiert eine Partnerschaftslösung, wo das Unternehmen für Dritte „deren“ vernetzte IoT-Medizingeräte (Internet of Things) entwickelt, die vollständig mit den übrigen Lösungen von Philips kompatibel sind. In diesem Zusammenhang bietet das Unternehmen seinen Kunden Prototyping, regulatorische Beratung, End-to-End-Produktentwicklung und Produktion im industriellen Maßstab.

Das Unternehmen möchte eine vollständig integrierte digitale Gesundheitsumgebung schaffen, in der Sensoren zu Geräten passen, und dann mehrere Konnektivitätslösungen nutzen, um sie in die Philips HealthSuite Cloud-Lösung zu integrieren und eine detaillierte Datenanalyse zu ermöglichen.

Quelle: Philips

Da Philips seit langem in der Lage ist, weitreichende Partnerschaften im Bereich der Gesundheitsmessung aufzubauen und die Daten in SaaS für das Gesundheitswesen zu integrieren, könnte das Unternehmen in einer erstklassigen Position sein, auch Smartphone-basierte Glukose- und pH-Daten zu integrieren.

2. Garmin Ltd.

Garmin ist ein führender Anbieter von Outdoor-Elektronik und bietet zunächst GPS- und Navigationstools (für Autos, Schiffe und Flugzeuge) an, das nun auf Fitness- und Gesundheitsüberwachung ausgeweitet wurde.

Der Fitnessbereich macht 23 % des Umsatzes und 10 % des Betriebsergebnisses des Unternehmens aus und wird hauptsächlich durch Smartwatches getrieben. Im Jahr 15 wurden 2022 Millionen Geräte ausgeliefert.

Quelle: Garmin

Garmin bietet ein vollständiges Ökosystem an Gesundheitsdaten für Forscher, hilft Bereichen wie der Forschung über Schlafstörungen, Depression, Krebsbehandlungen, Frauengesundheit, oder auch schläfriges Fahren.

Garmin ist vielleicht kein Technologieriese, aber das Unternehmen konzentriert sich stark auf die Outdoor- und Fitnessbranche und erwirtschaftet die Hälfte seines Umsatzes neben der Navigation. Dieser Sektor ist auch der Hauptwachstumsbereich des Unternehmens, wobei das Segment in Zukunft höchstwahrscheinlich die Haupteinnahmequelle werden wird.

Es ist wahrscheinlich, dass gesundheitsbewusste Garmin-Benutzer daran interessiert sein werden, dank Hydrogel-basierter Messungen mehr Gesundheitsparameter zu überwachen.

Unternehmen wie Garmin können dies auf zwei verschiedene Arten in eine Chance verwandeln:

• Verwenden Sie einen bereits vorhandenen Kompass oder integrieren Sie ein Magnetometer in Ihr Gerät, damit die Hydrogel-basierten Messungen in Ihre Geräte integriert werden können.
• Verbinden Sie ihre Geräte mit dem Smartphone, um eine integrierte Möglichkeit zur Visualisierung der Gesundheitsdaten von Smartphones und Garmin-Geräten bereitzustellen.

Der Ruf von Garmin für robuste, hochwertige und nützliche Outdoor-Produkte überträgt sich auch auf den Fitness- und Gesundheitsbereich. Interessant, es ist führend im Premiumsegment, mit dem größten Marktanteil in der Preisklasse > 500 US-Dollar, schlägt Apple hier, obwohl Apple normalerweise das Hochpreissegment der Smartphones, Computer und Tablets dominiert.