Intelligente Masken sind da! Machen Sie das Atmen „intelligenter“

Autor Li Chuanfu

Ein kürzlich von Wissenschaftlern in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichtes Ergebnis zeigt, dass Masken nicht mehr nur ein Schutzinstrument sind, sondern zu einem hochtechnologischen Gerät zur Gesundheitsüberwachung werden. Diese Technologie ermöglicht uns nicht nur ein tieferes Verständnis der Atmung, sondern bietet auch neue Möglichkeiten für die Frühdiagnose, Überwachung und Behandlung von Atemwegs- und Stoffwechselerkrankungen.

Atmen ist eine der grundlegendsten und komplexesten Aktivitäten des Lebens. Mit jedem Atemzug tauschen wir nicht nur Sauerstoff aus, sondern geben auch biologische Informationen frei, die eng mit unserem Gesundheitszustand zusammenhängen. Der Atem von Diabetikern beispielsweise weist häufig einen deutlichen „faulen Apfel“-Geruch auf, der durch höhere Konzentrationen von ausgeatmetem Aceton verursacht wird. Darüber hinaus können auch Atemwegsinfektionskrankheiten wie COVID-19 durch ausgeatmete Aerosole übertragen werden. Aufgrund der Fließfähigkeit gasförmiger Atemluft war die Probenahme und Erkennung chemischer Moleküle in der Atemluft jedoch schon immer eine technische Herausforderung.

Ausatemkondensat (EBC) ist eine Flüssigkeit, die kondensiert, wenn der Atem kalt wird. Es enthält eine Fülle von Biomarkern wie Aceton, Ammoniak, Leukotriene usw. Diese Marker können Aufschluss über den Gesundheitszustand des menschlichen Körpers geben. Allerdings unterliegen herkömmliche EBC-Sammelmethoden zahlreichen Einschränkungen, wie etwa einer kurzen Abkühlzeit, großen Temperaturschwankungen, einem hohen Stromverbrauch sowie Gewichts- und Größenbeschränkungen, die ihre Anwendung als tragbares Gerät einschränken.

Das Team von Professor Gao Wei am California Institute of Technology hat ein flexibles mikrofluidisches Gerät vorgeschlagen, das in Alltagsmasken integriert werden kann – EBCare. Diese intelligente Maske kann ausgeatmete Feuchtigkeit kontinuierlich kondensieren, EBC automatisch erfassen und aktualisieren und in Echtzeit und vor Ort eine Multiplexanalyse von Biomarkern durchführen. Das Design von EBCare basiert auf einer neuen passiven Mikro-Dauerkühlstrategie, die in Innen- und Außenbereichen mindestens 7 Stunden lang eine kontinuierliche Kühlwirkung erzielen kann. Darüber hinaus wendet EBCare auch die Prinzipien der Bionik an, um den Mechanismus des Flüssigkeitsflusses in Pflanzen zu imitieren und so einen stabilen und kontinuierlichen EBC-Fluss zu erreichen.

Intelligentes Maskendesign Quelle: Science Magazin

Das elektrochemische Sensorarray von EBCare kann mehrere Biomarker in EBC mit hoher Selektivität und Empfindlichkeit analysieren. Diese Sensorpflaster können durch Laserschneiden oder Tintenstrahldruck kostengünstig in Massenproduktion hergestellt werden, was EBCare zu einem erschwinglichen Instrument zur Gesundheitsüberwachung macht. Durch EBCare können wir die Atmungs- und Stoffwechseldaten der Benutzer in Echtzeit erfassen und analysieren und so eine kontinuierliche Gesundheitsüberwachung für das tägliche Leben und das Krankheitsmanagement ermöglichen.

Die Einsatzmöglichkeiten von EBCare sind sehr vielfältig. Es kann nicht nur die Erforschung und Frühdiagnose von Atemwegserkrankungen, Stoffwechselerkrankungen und Infektionskrankheiten fördern, sondern auch in den Bereichen Präventivmedizin und personalisierte Präzisionsmedizin eine wichtige Rolle spielen. Da sich diese Technologie ständig weiterentwickelt und verbessert, haben wir Grund zu der Annahme, dass EBCare zu einer wichtigen technischen Unterstützung bei der Verbesserung des Gesundheitsniveaus der Bevölkerung werden wird.