Blutzucker präzise und schmerzfrei messen mit THz-Technologie

Forschende der Universität Duisburg-Essen haben eine neue Methode entwickelt, die den Blutzuckerspiegel am Fingernagel misst - ganz ohne Nadelstich. Statt Haut zu durchstechen, nutzt sie Terahertz-Wellen, die durch den Fingernagel ins Nagelbett dringen und dort reflektiert werden.

Die Terahertz-Technologie basiert auf elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlung. Sie ermöglicht eine detaillierte Analyse biologischer Gewebe, ohne diese zu beeinträchtigen.

Für Menschen mit Diabetes könnte die Entwicklung der Universität Duisburg-Essen (UDE) eine Alternative zur herkömmlichen Blutzuckermessung darstellen, die bislang meist einen Stich in die Haut erfordert.

Das Verfahren beruht auf einem miniaturisierten Terahertz-Sensor, der hochfrequente Wellen einer bestimmten Frequenzbandbreite (z.B. 300 GHz) durch den Fingernagel ins gut durchblutete Nagelbett sendet. Je nach Blutzuckerkonzentration verändern sich die reflektierten Signale, die der Sensor erfasst und entsprechend dem Frequenzverhalten mithilfe einer KI auswertet und dem zugehörigen Blutzuckerspiegel zuordnet.

Erste Auswertungen des Konzepts am Modell und realistischen Blutwerten zeigen bei 300 GHz eine Sensitivität des reflektierten Signals gegenüber der Glukosekonzentration von 0.2 dB/(mmol/L). Betrachtet man das Reflexionsverhalten über den gesamten Frequenzbereich nun durch die Augen einer KI, dann lässt sich der Blutzuckerspiegel noch sensitiver und damit genauer bestimmen. Aufgrund seiner geringen Größe von wenigen mm² könnte der Sensor in Alltagsgegenstände wie Schlüsselanhänger oder künstliche Fingernägel integriert werden.

Die Ingenieure der UDE zählen zu den führenden Forschenden im Bereich miniaturisierter Terahertz-Systeme. Mit Unterstützung von PROvendis wurde für die entwickelte Blutzuckersensorik ein Patent angemeldet - ein wichtiger Schritt in Richtung einer möglichen Anwendung. Aktuell arbeitet das Team an einem KI-gestützten System, um die Messgenauigkeit weiter zu verbessern.

Das Sensorkonzept entstand aus einer Forschungszusammenarbeit mit insgesamt acht Wissenschaftler aus drei Fachgebieten der Universität Duisburg-Essen (UDE) sowie einem Wissenschaftler der TU Darmstadt. "Unser Team hat hier Neuland betreten, und diese Entwicklung könnte die Art, wie Menschen ihren Blutzucker kontrollieren, grundlegend verändern", sagt CENIDE-Mitglied Prof. Dr. Daniel Erni, der das Projekt leitet.

Quelle: Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE)