Blutzuckermessen ohne Nadel – das wünscht sich wahrscheinlich jeder Diabetiker. Es gab schon viele Versuche, minimal- oder nicht-invasive Messgeräte zu entwickeln und auf den Markt zu bringen, jedoch mit mäßigem Erfolg. Forscher der American University of Beirut haben nun bei der Nutzung elektromagnetischer Wellen zur Messung der Glukoselevel einen Durchbruch errungen.
Über 8,5 Prozent der Weltbevölkerung lebt mit Diabetes und ist daher mehrmals täglich auf Tests angewiesen, die den Blutzucker überprüfen. Die herkömmlichste Variante ist ein Messgerät, das eine kleine Blutprobe benötigt, meist durch einen Stich in den Finger. Nicht nur ist das schmerzhaft, sondern es besteht auch die Gefahr, dass die Werte wegen zu langer Intervalle zwischen Tests gefährlich ausschlagen können. Weniger oder nicht-invasive Methoden waren bislang nur teilweise erfolgreich und brachten einige Probleme mit sich: zum Beispiel große Verzögerungen, Instabilität oder schlechte Tragbarkeit.
Ein neuer Ansatz ist die Verwendung von elektromagnetischen Wellen: Das Glukoselevel verändert dielektrische Eigenschaften des Bluts – genauer gesagt, die Magnitude und die Phasenverschiebung der Streuparameter. Ein Sensor sendet elektromagnetische Wellen aus, die vom Körper reflektiert werden und Informationen zu den Streuparametern übertragen. Das hat viele Vorteile, beispielweise ist das Messen schmerzfrei, das kompakte System ist leicht tragbar und es gibt die Möglichkeit den Blutzuckerspiegel ununterbrochen zu überwachen.
Elektromagnetische Wellen statt Nadel
Getestet wurde ein multisensorisches System, bestehend aus einer Schlitzantenne – eingebaut in einen Handschuh – und einem Filter, der in eine Armbinde integriert wurde. Die Sensoren arbeiten in einem breiten Frequenzbereich und zwar von der oberen ultrahohen Frequenz bis in den unteren Mikrowellenbereich, also zwischen 500MHz und 3 GHz. Dadurch können die Blutgefäße durch die Haut, die Muskeln und das Fettgewebe erreicht werden, ohne an Sensibilität zu verlieren. Der Ansatz, an zwei verschiedenen Positionen Messungen durchzuführen, erhöht die Genauigkeit enorm und bringt den MARD-Wert (mean absolute relative difference) auf 0,91 Prozent.
Die beiden Sensoren bestehen aus jeweils drei Schichten. Die Oberste enthält die Antennenslots, die Mittlere besteht aus dem dielektrischen Trägermaterial und in der unteren Schicht befindet sich die Zuleitung. Um die Genauigkeit zu erhöhen wurden die Antennenslots an die Anatomie der Arterien und Venen angepasst, die in den Handflächen und im Unterarm verlaufen. Durch die hohe Flexibilität des Materials passt es sich problemlos an die Körperbewegungen und die natürliche Körperform an, ohne die Messung zu behindern.
Was hält die Zukunft für das Blutzuckermessen bereit?
Für die Studie wurden die Sensoren bereits in mehreren Schritten getestet, zuletzt an 21 Probanden. Die Ergebnisse waren äußerst positiv: Die Genauigkeit der gemessenen Werte sei sehr vielversprechend und es gäbe keine Zeitverzögerung. Auch bei kleineren Bewegungen oder Krümmen der Handflächen gab es keine hohen Abweichungen. Damit die Sensoren tatsächlich einsatzbereit sind, ist noch viel Aufwand zu betreiben. Werden elektromagnetischen Wellen für medizinische Zwecke genutzt, muss die spezifische Absorptionsrate verschiedenen Richtlinien entsprechen. Dies ist für das neue Blutzuckermessgerät bereits gegeben – die Forscher sind dazu noch zuversichtlich, dass das Gerät von der U.S.-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) genehmigt werden kann.
Künftig soll es auch möglich sein, die Sensoren in andere Kleidungsartikel und Accessoires zu integrieren und mithilfe einer App die Überprüfung der Blutzuckerwerte weiter zu erleichtern. Sollte diese neue Technologie tatsächlich marktfähig werden und auch bezahlbar sein, wäre das eine einschlägige Entwicklung, um die Lebensqualität von Diabetikern zu verbessern.
Bereits 2018 hat man versucht, ein nicht-invasives Messgerät in eine Kontaktlinse einzubauen. Forscher in Südkorea haben in die Linsen Nanostrukturen eingebaut, die den Blutzucker des Trägers anhand der Tränenflüssigkeit messen sollten, ohne die Tragfähigkeit zu beeinflussen oder die Sicht zu hindern. Ebenso wie der Handschuh und die Armbinde sollte sie eine ununterbrochene Überprüfung ermöglichen. Beide Technologien werden noch weiter erforscht, sind jedoch vielversprechende Ansätze für Blutzuckermessgeräte der Zukunft.
Text basiert auf der Studie “Noninvasive, wearable, and tunable electromagnetic multisensing system for continuous glucose monitoring, mimicking vascular anatomy” von Jessica Hanna, Moussa Bteich, Youssef Tawk, Ali H. Ramadan, Batoul Dia, Fatima A. Asadallah, Aline Eid, Rouwaida Kanj, Joseph Costantine Assaad A. Eid, erschienen in Science Advances, vol. 6 no. 24 am 10. Juni 2020, lizensiert unter CC BY-NC 4.0.
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