Forscher der University of California, Irvine haben einen tragbaren, drahtlosen, batterielosen, bioelektronischen Sensor erfunden, um die Gesundheit von Benutzern durch die Analyse molekularer Biomarker im menschlichen Schweiß zu überwachen.
Das Gerät heißt In-Situ Regenerable, Environmentally Stable, Multimodal, Wireless, Wearable Molecular Sweat Sensing System oder IREM-W2MS3 und wird in einer heute veröffentlichten Studie beschrieben Naturbiomedizinische Technik.
Laut Rahim Esfandyar-pour, leitender Autor der Studie und Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Informatik, gehören zu den herausragenden Merkmalen der Erfindung ihre Fähigkeit, schweißempfindliche Oberflächen zu regenerieren, bei Bedarf Schweiß bei Trägern anzuregen und über lange Zeiträume kontinuierlich zu funktionieren.
Die Regenerationsfähigkeit des IREM-W2MS3 beseitigt eines der größten Hindernisse bei der langfristigen tragbaren Biosensorik, nämlich dass Sensoroberflächen nach wiederholten Messungen an Leistung verlieren, weil Moleküle an der Sensorschicht gebunden bleiben. Da das Gerät in der Lage ist, sich selbst zu erfrischen, Schweiß zu erzeugen und über einen längeren Zeitraum außerhalb von Labor- oder Klinikumgebungen getragen zu werden, bietet es Benutzern eine robuste und äußerst praktische Gesundheitsüberwachungsplattform.“
Rahim Esfandyar-pour, leitender Autor der Studie
Ein verbesserter Ansatz zur Erkennung von Biomarkern
Das als flexibles Hautpflaster getragene und mit einem Standard-Android-Smartphone oder einem maßgeschneiderten, armbanduhrähnlichen Lesegerät gekoppelte System misst gleichzeitig Cortisol, Glukose, Laktat und Harnstoff im Schweiß. Diese Biomarker werden mit Stressreaktion, Stoffwechselaktivität, körperlicher Anstrengung und Nierenfunktion in Verbindung gebracht.
Die Forscher sagen, dass die Plattform zukünftige Anwendungen in der Behandlung chronischer Krankheiten, der Überwachung von Stress und der psychischen Gesundheit, der sportlichen Leistung, der Präventivmedizin, der Forschung zur Früherkennung von Krankheiten und der Fernüberwachung der kommunalen Gesundheit unterstützen könnte.
„Hunderte Millionen Menschen weltweit sind von chronischen Krankheiten und stressbedingten Beschwerden betroffen. Daher sind eine frühzeitige Diagnose und eine konsequente Gesundheitsüberwachung unerlässlich, um die Krankheitslast zu verringern und die Lebensqualität der Patienten zu verbessern“, sagte Esfandyar-pour. „Unser Wearable IREM-W2MS3 erreicht das Ziel einer stabilen, kontinuierlichen und langfristigen Schweißüberwachung.“
Ermöglicht eine kontinuierliche Nachverfolgung
Tragbare Sensoren haben sich als vielversprechende Werkzeuge für die kontinuierliche Gesundheitsüberwachung erwiesen, da sie kostengünstig und einfach zu verwenden sind. Schweiß ist ein besonders attraktives Ziel, da er nichtinvasiv gesammelt werden kann und Ionen und Metaboliten enthält, die biologische Veränderungen im Körper widerspiegeln.
Laut Esfandyar-pour war es jedoch schwierig, eine zuverlässige langfristige Schweißerkennung zu erreichen. Viele molekulare Sensoren verlieren an Genauigkeit, wenn sich Zielmoleküle auf der Sensoroberfläche ansammeln.
Andere Sensoren basieren auf dem Sammeln von Enzymen, Antikörpern oder Aptameren, die sich unter wechselnden Temperatur-, Feuchtigkeits- und pH-Wert-Bedingungen zersetzen können. Bestehende Systeme haben oft auch Schwierigkeiten, mehrere Biomarker gleichzeitig mit hoher Präzision zu messen.
„Trotz der schnellen Fortschritte auf diesem Gebiet sind bestehende tragbare Geräte in mehreren kritischen Bereichen immer wieder unzureichend“, sagte Esfandyar-pour. „Ihnen mangelt es an Umweltstabilität für den realen Einsatz außerhalb des Labors; sie können ihre Sensoroberflächen nicht für wiederholte, langfristige Verwendung regenerieren; und sie sind weitgehend nicht in der Lage, gleichzeitig mehrere molekulare Biomarker mit hoher Präzision zu erkennen.“
Laut Esfandyar-pour ist der entscheidende Fortschritt des IREM-W2MS3 seine Fähigkeit, seine schweißempfindlichen Oberflächen zu regenerieren. Während des Betriebs legt das Gerät automatisch eine Niederspannung an die Sensoroberfläche an, die Signale ausgibt, um die Empfindlichkeit und Selektivität des Sensors wiederherzustellen, ohne dass eine manuelle Reinigung, ein Austausch oder ein Eingriff erforderlich ist. Den Forschern zufolge erreichte der Regenerationsprozess in Tests über mehrere Zyklen hinweg eine nahezu vollständige Wiederherstellungsrate.
Lösung einer zentralen Herausforderung
Das System löst auch eine weitere zentrale Herausforderung bei der Schweißüberwachung: Es produziert ausreichend frischen Schweiß für die Analyse, ohne dass körperliche Anstrengung erforderlich ist.
Der IREM-W2MS3-Patch benötigt keine interne Batterie. Stattdessen bezieht es den Strom drahtlos von einem Nahfeldkommunikations-fähigen Smartphone oder einem individuellen, armbanduhrähnlichen Lesegerät. Wenn ein Benutzer das Telefon oder Lesegerät in die Nähe des Pflasters bringt, liefert ein induziertes elektromagnetisches Feld einen kleinen Strom, um ein im Gerät eingebettetes biokompatibles Hydrogel zu aktivieren. Dieser Prozess ermöglicht es dem System, Schweißproben zu erzeugen und zu sammeln, ohne dass anstrengende körperliche Aktivität erforderlich ist.
Das Forschungsteam testete IREM-W2MS3 über einen Zeitraum von 21 Tagen unter wechselnden pH- und Temperaturbedingungen. Das Gerät zeigte eine konsistente Sensorleistung ohne messbare Signalverschlechterung. Die Forscher sagten, diese Stabilität sei wichtig, um tragbare molekulare Sensoren von kontrollierten Laborumgebungen in reale Umgebungen zu übertragen.
Erkennung von vier klinisch relevanten Biomarkern
Der Sensor erkennt gleichzeitig vier klinisch relevante Schweißbiomarker. Cortisol ist ein auf Stress reagierendes Hormon, das Aufschluss über Angstzustände, Depressionen und Fehlregulationen der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse gibt. Glukose ist für Prädiabetes und die Diabetesüberwachung relevant. Laktat kann auf körperliche Anstrengung oder Stoffwechselstörungen zurückzuführen sein. Harnstoff wird mit der Gesundheit und Funktion der Nieren in Verbindung gebracht.
Durch die kontinuierliche und zeitliche Verfolgung dieser Moleküle kann das IREM-W2MS3 ein umfassenderes Bild liefern als Geräte, die nur einen Biomarker überwachen.
„Die Anwendungen für das IREM-W2MS3 sind zahlreich und vielfältig“, sagte Esfandyar-pour. „Mögliche Einsatzmöglichkeiten umfassen die Behandlung chronischer Krankheiten, die Überwachung von Stress und der psychischen Gesundheit, Sportwissenschaft und Leistungsoptimierung, Präventivmedizin und Früherkennung von Krankheiten sowie die Fernüberwachung der öffentlichen Gesundheit. Wir haben dieses tragbare Gerät so konzipiert, dass es langlebig, einfach zu bedienen und äußerst zuverlässig ist.“
Das Forschungsteam reichte über Beall Applied Innovation der UC Irvine einen Patentantrag ein und die Technologie wird derzeit weiterentwickelt. Das Team erforscht Wege zur Übersetzung und Fertigung.
An diesem Projekt beteiligten sich Esfandyar-pour an Jerome Rajendran, Postdoktorand, Xiaochang Pei, Ph.D. Student; Anita Ghandehari, Doktorandin; Shingirirai Chakoma, Ph.D. Student; Jorge Tavares-Negret, Ph.D. Student; und Sahar NajafiKhoshnoo, Ph.D. Student am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der UC Irvine. Die Finanzierung erfolgte durch die Samueli School of Engineering der UC Irvine.
Quellen:
Rajendran, J., et al. (2026). Wireless and in situ regenerable multimodal wearable bioelectronic sweat sensor for continuous biomarker monitoring in everyday settings. Nature Biomedical Engineering. DOI: 10.1038/s41551-026-01670-2. https://www.nature.com/articles/s41551-026-01670-2