- Japanische Forschende entwickeln armbandförmigen Sensor, der Natrium- und Kaliumsignale im Schweiß verfolgt.
- System funktionierte im Baustellentest fast drei Stunden lang kontinuierlich.
- Forschende betonen, dass Hauptfortschritt in Systemintegration liegt, nicht in Entwicklung neuer Materialien.
- Künftig könnten ähnliche Wearable-Systeme kostengünstig in großem Maßstab produziert werden.
Japanische Forschende haben einen armbandförmigen Sensor entwickelt, der während eines Tests auf einer realen Baustelle erfolgreich natrium- und kaliumbezogene Signale im Schweiß verfolgte – für eine Dauer von 2 Stunden 45 Minuten. Dieses Wearable wurde von der Tokyo Institute of Technology entwickelt und kombiniert gedruckte Elektroden, eine Schweißsammelschicht und drahtlose Elektronik, um Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißes während der Arbeit zu überwachen. Im Vergleich zu herkömmlichen gedruckten Sensoren verwendet das System eine Flüssigkontakt-Referenzelektrode, die so konzipiert ist, dass sie sich schnell stabilisiert und stabile Messwerte liefert, ohne dass eine lange Vorbereitungszeit erforderlich ist.
Der Prototyp wurde bei den täglichen Aktivitäten eines Bauarbeiters getestet, einschließlich Gehen, Ruhen, Trinken und Essen. Die Forschenden erklärten, die Ergebnisse zeigten, dass das System in der Lage sei, schweißbezogene Signale außerhalb von Laborbedingungen zu erfassen und zu übertragen. Der Sensor arbeitet, indem er Spannungsänderungen misst, die mit Natrium- und Kaliumionen im Schweiß korrelieren; diese Mineralien sind an zahlreichen physiologischen Prozessen beteiligt, was sie zu nützlichen Zielen für die Wearable-Überwachungsforschung macht. Solche Sensoren sind auf Referenzelektroden angewiesen, die eine stabile elektrische Referenz liefern; ohne Referenzelektrode ließen sich Spannungsänderungen nicht zuverlässig mit Ionenkonzentrationsänderungen in Verbindung bringen.
Systemtest und Funktionsweise
Herkömmliche gedruckte Referenzelektroden benötigen beträchtlich lange Zeit zur Stabilisierung, was ihre Praktikabilität in für kontinuierliche Messungen konzipierten Wearable-Systemen einschränkt. Daher integrierten die Forschenden eine siebdruckbare Flüssigkontakt-Referenzelektrode, die Siliciumdioxid enthält. Dieses Material lässt Wasser in die Elektrolytschicht eindringen und hilft der Elektrode, ohne lange Vorkonditionierung ein stabiles Messpotenzial zu erreichen. Das Gerät enthält zudem separate natriumselektive und kaliumselektive Elektroden, wodurch es gleichzeitig auf beide Ionen reagieren kann. Über den Elektroden befindet sich eine Schicht aus Stoff und superabsorbierenden Fasern, die beim Sammeln von Schweiß hilft, den Sensorbereich feucht hält und die Probe zum Sensor transportiert.
Diese Komponenten sind mit einer maßgefertigten armbandförmigen Elektronikeinheit verbunden, die Signale verarbeitet, sie drahtlos an einen Computer überträgt und die Messergebnisse auf einer microSD-Karte speichert. Die Forschenden wiesen darauf hin, dass die Kombination dieser Komponenten – und nicht die Entwicklung neuer Elektrodenmaterialien – der wesentliche technische Fortschritt sei.
Feldtest und zukünftige Anwendungen
Das Team testete das vollständige System auf einer aktiven Baustelle, wobei ein Teilnehmer das Gerät während normaler täglicher Aktivitäten etwa 165 Minuten lang trug. Während des Tests erfasste der Sensor kontinuierlich Signale, die auf Natrium und Kalium reagierten; diese Messwerte wurden an einen nahegelegenen Computer übertragen und lokal gespeichert. Isamu Shida, Associate Professor am Tokyo Institute of Technology, sagte: „Die Hauptleistung dieser Arbeit liegt nicht in der Vorschlag eines neuen Elektrodenmaterials, sondern in der Integration von gedruckten Elektroden, Proben-Transportmechanismus und drahtloser Messschaltung, was die Machbarkeit in realen Umgebungen demonstriert.“
An diesem Feldtest nahm lediglich ein Teilnehmer teil. Die Forschenden betonten, dass diese Signale noch nicht validiert wurden, um Schweißelektrolytkonzentrationen präzise zu quantifizieren; weitere Tests unter kontrollierten Schwitzbedingungen seien erforderlich, um Hydratationsbewertung oder Gesundheitsüberwachung zuverlässig zu unterstützen. Das Forschungsteam ist überzeugt, dass die Fertigung gedruckter Elektroden letztlich eine kostengünstige Massenproduktion ähnlicher Wearable-Systeme ermöglichen könne. Potenzielle Anwendungen umfassen die Überwachung von Arbeitern auf Baustellen und in Fabriken sowie von Athleten und Outdoor-Sportlern, die unter heißen Bedingungen trainieren. Die Studie wurde in „ACS Omega“ veröffentlicht.
Potenzial tragbarer Technologie in der Gesundheitsüberwachung
Die Entwicklung dieser neuen schweißempfindlichen Smartwatch zeigt das Potenzial tragbarer Technologie im Bereich der Gesundheitsüberwachung. Durch die Echtzeitüberwachung von Elektrolytveränderungen im Schweiß können solche Geräte Arbeitern und Athleten wichtige physiologische Daten liefern und ihnen helfen, ihren Hydratationsstatus und Gesundheitszustand besser zu managen. Obwohl die aktuellen Tests noch weiterer Validierung bedürfen, verspricht die erfolgreiche Integration dieser Technologie, künftige Anwendungen in verschiedenen Branchen voranzutreiben – insbesondere in Umgebungen mit hoher Arbeits- und Sportintensität.