Eine nicht-invasive Messmethode könnte Diabetes-Patienten vom ständigen Pieksen befreien. Herzstück ist ein Biosensor im Nanoformat, der von Fraunhofer-Forschern entwickelt wurde. Der winzige Chip vereint Messung und digitale Auswertung – und kann die Daten sogar an ein mobiles Gerät funken.
Der Stich in den Finger gehört für viele Diabetes-Patienten zum Alltag. Mehrmals täglich müssen sie einen Tropfen Blut auf einen Teststreifen geben, um den Blutzuckerwert zu ermitteln und sich die notwendige Menge Insulin spritzen. Das Pieksen ist nicht nur lästig: Mitunter kommt es zu Entzündungen oder Verhornung der Haut.
Ein neues Diagnosesystem könnte die Stiche bald überflüssig machen. Es funktioniert mit einem Biosensor, der sich am Körper des Patienten befindet. Der Sensor kann den Glukosespiegel kontinuierlich auch in anderen Gewebsflüssigkeiten als Blut messen, etwa im Schweiß oder in der Augenflüssigkeit. Bisher waren solche bioelektrischen Sensoren zu groß, zu ungenau und verbrauchten zu viel Energie. Forschern vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg ist jetzt ein Durchbruch gelungen: Sie haben einen Biosensor im Nanoformat entwickelt.
Das Prinzip der Messung beruht auf einer elektrochemischen Reaktion, die mit Hilfe eines Enzyms in Gang gesetzt wird. Die Glukose-Oxidase wandelt Glukose unter anderem in Wasserstoffperoxid (H2O2) um, dessen Konzentration man mit einem Potentiostaten messen kann. Daraus lässt sich der Glukosespiegel errechnen. Das Besondere an diesem Biosensor: Auf einen Chip von gerade 0,7 mm x 10 mm passt nicht nur der Nanopotentiostat selbst. Die Forscher haben darauf das gesamte Diagnosesystem untergebracht.
„Auch ein Analog-Digitalwandler ist integriert, der das elektrochemische Signal in digitale Daten umwandelt“, erklärt Tom Zimmermann, Geschäftsfeldleiter am IMS. Über eine Wireless-Schnittstelle sendet der Biosensor die Daten beispielsweise an ein mobiles Empfangsgerät. So hat der Patient seinen Glukosespiegel ständig im Blick. „Für ein solches Diagnosesystem benötigte man früher eine Platine von der Größe einer halben DIN A4-Seite“, sagt Zimmermann. Auch ein Treiber ist bei dem neuen Sensor nicht mehr nötig.
Der Sensor verbraucht zudem wesentlich weniger Energie als bisherige Biosensoren dieser Art. Benötigten frühere Systeme etwa 500 µA bei 5 V, sind es jetzt weniger als 100 µA. Der Patient könnte den Sensor über Wochen oder gar Monate tragen. Möglich ist das durch den Einsatz eines passiven Systems: Der Sensor kann nicht nur Datenpakete schicken und empfangen, sondern über Funk auch mit Energie versorgt werden.
Der Glukosesensor wurde für den niederländischen Hersteller Novio-Tech, Nijmegen, entwickelt. Da er kostengünstig herstellbar ist, eignet er sich den Angaben zufolge für die Massenproduktion. Auch eine Weiterentwicklung ist bereits angedacht: Der Biochip könnte eine implantierte Miniaturpumpe ansteuern, die dann die genau passende Menge Insulin abgibt.
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