Smartwatch-ähnlicher Prototyp könnte Mikroplastik im menschlichen Körper erkennen

Mikroplastik ist inzwischen in die Luft, die Wasserversorgung und sogar in den menschlichen Blutkreislauf und das Gehirn gelangt. Einige Studien deuten zwar auf einen Zusammenhang zwischen diesen winzigen Partikeln sowie Entzündungen und Stoffwechselstörungen hin, die Erfassung der Belastung beim Menschen erfordert derzeit jedoch invasive und kostspielige Blutentnahmen. Als nichtinvasive Alternative haben Forscher an der Universität Tartu in Estland SWAN entwickelt, einen smartwatch-ähnlichen Prototypen, der Kunststoffe direkt durch die Haut erkennen soll.

Der Prototyp nutzt ein Verfahren namens Spektrometrie, bei dem analysiert wird, wie unterschiedliche Materialien mit Licht interagieren. Dabei werden bestimmte Lichtwellenlängen in den Körper eingestrahlt und gemessen, wie das Licht zurückgeworfen wird, sodass die Sensoren die charakteristischen optischen Muster gängiger Kunststoffe erkennen können. Das Gerät erkennt erfolgreich Partikel, die so klein wie ein Salzkorn sind, und arbeitet bei verschiedenen Hauttönen zuverlässig, ohne übliche Gesundheitsfunktionen von Wearables wie die Herzfrequenzmessung zu beeinträchtigen.

Das System besteht vollständig aus handelsüblichen Komponenten und kostet rund 105 US-Dollar respektive knapp 100 Euro umgerechnet. Zur verbauten Hardware gehören ein ESP32-WROOM-32E-Mikrocontroller, ein AS7265X-Miniaturspektrometer und drei LEDs.

Anstatt das Gerät sofort an Menschen zu testen, validierte das Forschungsteam die Technologie zunächst mit künstlicher Haut und biologischen Gewebemodellen aus Gelatine und Schweinehaut. In einer privaten E-Mail-Antwort auf die Frage, warum ein künstliches Modell anstelle sofortiger Tests am Menschen verwendet wurde, erklärte der leitende Forscher Kevin Post Folgendes:

"Das Gerät nutzt ein Spektrum unterschiedlicher Wellenlängen, darunter auch Bereiche des UV-Spektrums. Es sollte untersucht werden, wie stark jede dieser Wellenlängen zur Messgenauigkeit beiträgt. Obwohl in den Experimenten nur geringe UV-Intensitäten eingesetzt wurden, ist bekannt, dass eine übermäßige Belastung durch hochintensives UV-Licht gesundheitsschädliche Folgen haben kann. Wie bei der Entwicklung von Wearables üblich, wird die Sicherheit daher zunächst in kontrollierten Tests mit Phantomen überprüft, also mit Materialien, die die optischen Eigenschaften menschlichen Gewebes nachbilden."

Unter Berücksichtigung dieser Einschränkungen dürfte es noch lange dauern, bis die Technologie breit eingesetzt wird. Künftig könnte sie jedoch nahtlos in alltägliche Smartringe und Smartwatches integriert werden, sodass sich die persönliche Belastung durch Kunststoff ohne großen Aufwand überwachen ließe.