Tragbare Sensoren / Wearables für die Gesundheit

Gesundes Altern und die Prävention chronischer Krankheiten sind zentrale Herausforderungen unserer Gesellschaft. Wearables werden zunehmend zur Langzeitüberwachung von Körperparametern und als Diagnosegeräte eingesetzt. Für solche Anwendungen müssen diese Wearables so zuverlässig und präzise sein wie die in Krankenhäusern verwendeten diagnostischen Standardwerkzeuge. Darüber hinaus müssen sie komfortabel und einfach zu bedienen sein, um ein hohes Mass an Compliance zu gewährleisten.
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Die Ziele des Moduls " Tragbare Sensoren / Wearables für die Gesundheit":

  • Wir entwickeln multiparametrische Körperüberwachungstechnologien zur Früherkennung von Gesundheitszuständen und zur Krankheitsprävention.
  • Dazu entwickeln wir Sensoren für das langfristige, quantitative Gesundheitsmonitoring, um den Entscheidungsprozess auf Grundlage von computergestützten Multiphysik-Methoden und Werkzeugen der künstlichen Intelligenz zu rationalisieren.

 

Wir entwickeln physikalische und chemische Sensoren mit Polymer-LWL, Nanofaser-Netzen oder Hydrogelen als Substrate. Die Modifikation des Substrats mit empfindlichen Einheiten (zum Beispiel Fluorophoren, Chromophoren) oder die einfache Integration in Textilien ermöglicht den Nachweis von Gasen, Flüssigkeiten, Biomolekülen, Körper-Vitalparametern und Mikroorganismen. Die Erkennung erfolgt durch Veränderungen der Lichtintensität, Wellenlänge und/oder Leuchtstoffintensität.

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Links: Wundverband mit integrierten pH-Sensoren zur Früherkennung möglicher Infektionen. Rechts: Nanofasergewebe mit hochauflösender Ammoniak-Sensorbeschichtung.

 

CMOS compatible silicon nanowires (SiNWs), die als ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs) betrieben werden, können als chemische und biochemische Sensoren fungieren. In diesen Vorrichtungen wird das Metall am Eingang des Transistors durch die Lösung mit der Analyt-Spezies ersetzt. Die Reaktionen von geladenen Analyten mit Ligandengruppen an der Sensoroberfläche führen zu einer Veränderung des elektrischen Oberflächenpotentials am Eintrittskontakt. Diese Änderung des Oberflächenpotentials wird als Verschiebung der Transistorübertragungsfunktion erkannt und kann quantitativ mit der Anzahl der adsorbierten Analyten in Beziehung gesetzt werden.

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Links: Chipträger mit 48 gebundenen Si-Nanodrähten. Rechts: Schematische Darstellung eines Bindezyklus mit einer typischen Sensorreaktion. Die Assoziation von Proteinen mit den Oberflächenliganden erfolgt bei der Injektion und Dissoziation beim Wechsel in den laufenden Puffer. Bilder: Transport at Nanoscale Interfaces Laboratory. Wipf, M., Stoop, R.L., Navarra, G., Rabbani, S., Ernst, B., Bedner, K., Schönenberger, C., Calame, M. (2016). Label-Free FimH protein in-teraction analysis using silicon nanoribbon bioFETs. ACS Sensors 1 (6), 781-788. http://doi.org/10.1021/acssensors.6b00089