Nachrichten | Aus alltäglicher Zahnseide wird ein Hightech-Sensor – ein Durchbruch für die präzise Stressüberwachung
Chronischer Stress kann den Blutdruck erhöhen, zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen beitragen, die Immunfunktion schwächen sowie Depressionen und Angstzustände verursachen. Die derzeitigen Instrumente zur Stressüberwachung sind jedoch oft teuer und beruhen auf subjektiven Einschätzungen, sodass sich der tatsächliche physiologische Zustand einer Person nur schwer genau messen lässt.
Um diese Herausforderung zu bewältigen, entwickelte ein interdisziplinäres Team der Tufts University in den USA einen neuen Zahnseide-Sensor, der während des alltäglichen Zähneputzens mit Zahnseide das Stresshormon Cortisol im Speichel nachweist. Er bietet einen nichtinvasiven, hochpräzisen und vergleichsweise kostengünstigen Ansatz zur Stressüberwachung.
„Bei der Untersuchung, wie sich Stress auf Kognition und Lernen auswirkt, stellten wir fest, dass die Messung selbst häufig zu einer zusätzlichen Stressquelle wird“, sagte Sameer Sonkusale, Professor für Elektro- und Computertechnik. „Daher überlegten wir, ob sich ein Sensor vollständig in den Alltag integrieren lässt, ohne zusätzliche Belastung zu verursachen. Speichel enthält Cortisol, und die routinemäßige Verwendung von Zahnseide macht sie zu einem idealen Überwachungsinstrument.“
Das Gerät ähnelt einem gewöhnlichen Zahnseidenhalter mit Kunststoffgriff und einem an beiden Enden gespannten Faden und ist etwa so groß wie ein Zeigefinger. Durch Kapillarwirkung nimmt die Zahnseide Speichel auf und leitet ihn zu einem elektrodenbasierten Sensorbereich im Inneren des Geräts, wo Cortisolmoleküle eingefangen und durch eine spezielle molekulare Erkennung nachgewiesen werden.
Die Schlüsseltechnologie, sogenannte elektropolymerisierte molekular geprägte Polymere (eMIPs), wurde erstmals vor 30 Jahren entwickelt. Sie funktioniert wie eine Gipsform: Cortisol dient als Templatmolekül, während sich ein Polymer mit einer „gemerkten Form“ darum bildet. Durch das Entfernen des Templates bleiben Bindungsstellen zurück, die genau zum Zielmolekül passen und dadurch eine hochselektive Erkennung und Bindung ermöglichen.
„eMIP ist eine transformative Technologie“, sagte Sonkusale. „Frühere Biosensoren stützten sich häufig auf teure Biorezeptoren wie Antikörper, während eMIP schnell eine eigene Erkennungsmembran für jedes beliebige Zielmolekül erzeugen kann. Das verkürzt die Entwicklungszeit erheblich und senkt die Kosten.“
Das Team erklärte, der Zahnseide-Sensor sei ebenso empfindlich wie die besten derzeit auf dem Markt erhältlichen Geräte zur Stresserkennung und könne zu Hause ohne professionelle Schulung verwendet werden, sodass sich die Stressüberwachung in die routinemäßige Gesundheitsversorgung integrieren lasse. Die hochgradig skalierbare eMIP-Technologie könnte auch andere Speichelbiomarker nachweisen, etwa Östrogen zur Verfolgung der Fruchtbarkeit, Glukose zur Diabetesüberwachung oder krebsbezogene Moleküle, und künftig möglicherweise mehrere Biomarker gleichzeitig messen.
Obwohl das Gerät für die Überwachung gute Ergebnisse liefert, betonte Sonkusale, dass sein Hauptzweck im Krankheitsmanagement und in der kontinuierlichen Verlaufskontrolle liege, nicht in der Diagnose. „Bluttests bleiben der Goldstandard für die Diagnose. Nach einer Diagnose wie einer Herz-Kreislauf-Erkrankung könnte ein Zahnseide-Sensor jedoch sehr wertvoll sein, um das Ansprechen auf die Behandlung zu verfolgen und rechtzeitige Interventionen zu ermöglichen.“
Das Team plant ein Start-up zur Vermarktung des Sensors. Die Ergebnisse wurden in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.
Der Zahnseide-Sensor ergänzt die Innovationen des Teams um Sonkusale im Bereich tragbarer Sensoren, darunter flexible Elektronik zur Erkennung von Schweißmetaboliten und Gasen, zur Bewegungsverfolgung und sogar zur Einwebung in Textilien.
Nachrichten | Alltägliche Zahnseide wird zum Hightech-Sensor für präzise Stressüberwachung
Nachrichten | Aus alltäglicher Zahnseide wird ein Hightech-Sensor – ein Durchbruch für die präzise Stressüberwachung
Chronischer Stress kann den Blutdruck erhöhen, zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen beitragen, die Immunfunktion schwächen sowie Depressionen und Angstzustände verursachen. Die derzeitigen Instrumente zur Stressüberwachung sind jedoch oft teuer und beruhen auf subjektiven Einschätzungen, sodass sich der tatsächliche physiologische Zustand einer Person nur schwer genau messen lässt.
Um diese Herausforderung zu bewältigen, entwickelte ein interdisziplinäres Team der Tufts University in den USA einen neuen Zahnseide-Sensor, der während des alltäglichen Zähneputzens mit Zahnseide das Stresshormon Cortisol im Speichel nachweist. Er bietet einen nichtinvasiven, hochpräzisen und vergleichsweise kostengünstigen Ansatz zur Stressüberwachung.
„Bei der Untersuchung, wie sich Stress auf Kognition und Lernen auswirkt, stellten wir fest, dass die Messung selbst häufig zu einer zusätzlichen Stressquelle wird“, sagte Sameer Sonkusale, Professor für Elektro- und Computertechnik. „Daher überlegten wir, ob sich ein Sensor vollständig in den Alltag integrieren lässt, ohne zusätzliche Belastung zu verursachen. Speichel enthält Cortisol, und die routinemäßige Verwendung von Zahnseide macht sie zu einem idealen Überwachungsinstrument.“
Das Gerät ähnelt einem gewöhnlichen Zahnseidenhalter mit Kunststoffgriff und einem an beiden Enden gespannten Faden und ist etwa so groß wie ein Zeigefinger. Durch Kapillarwirkung nimmt die Zahnseide Speichel auf und leitet ihn zu einem elektrodenbasierten Sensorbereich im Inneren des Geräts, wo Cortisolmoleküle eingefangen und durch eine spezielle molekulare Erkennung nachgewiesen werden.
Die Schlüsseltechnologie, sogenannte elektropolymerisierte molekular geprägte Polymere (eMIPs), wurde erstmals vor 30 Jahren entwickelt. Sie funktioniert wie eine Gipsform: Cortisol dient als Templatmolekül, während sich ein Polymer mit einer „gemerkten Form“ darum bildet. Durch das Entfernen des Templates bleiben Bindungsstellen zurück, die genau zum Zielmolekül passen und dadurch eine hochselektive Erkennung und Bindung ermöglichen.
„eMIP ist eine transformative Technologie“, sagte Sonkusale. „Frühere Biosensoren stützten sich häufig auf teure Biorezeptoren wie Antikörper, während eMIP schnell eine eigene Erkennungsmembran für jedes beliebige Zielmolekül erzeugen kann. Das verkürzt die Entwicklungszeit erheblich und senkt die Kosten.“
Das Team erklärte, der Zahnseide-Sensor sei ebenso empfindlich wie die besten derzeit auf dem Markt erhältlichen Geräte zur Stresserkennung und könne zu Hause ohne professionelle Schulung verwendet werden, sodass sich die Stressüberwachung in die routinemäßige Gesundheitsversorgung integrieren lasse. Die hochgradig skalierbare eMIP-Technologie könnte auch andere Speichelbiomarker nachweisen, etwa Östrogen zur Verfolgung der Fruchtbarkeit, Glukose zur Diabetesüberwachung oder krebsbezogene Moleküle, und künftig möglicherweise mehrere Biomarker gleichzeitig messen.
Obwohl das Gerät für die Überwachung gute Ergebnisse liefert, betonte Sonkusale, dass sein Hauptzweck im Krankheitsmanagement und in der kontinuierlichen Verlaufskontrolle liege, nicht in der Diagnose. „Bluttests bleiben der Goldstandard für die Diagnose. Nach einer Diagnose wie einer Herz-Kreislauf-Erkrankung könnte ein Zahnseide-Sensor jedoch sehr wertvoll sein, um das Ansprechen auf die Behandlung zu verfolgen und rechtzeitige Interventionen zu ermöglichen.“
Das Team plant ein Start-up zur Vermarktung des Sensors. Die Ergebnisse wurden in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.
Der Zahnseide-Sensor ergänzt die Innovationen des Teams um Sonkusale im Bereich tragbarer Sensoren, darunter flexible Elektronik zur Erkennung von Schweißmetaboliten und Gasen, zur Bewegungsverfolgung und sogar zur Einwebung in Textilien.
Quelle:
Online zusammengestellt