Forscher entwickeln einen kostengünstigen Sensor, der Schwermetalle im Schweiß erkennt

Schwermetalle wie Blei und Cadmium sind in Batterien, Kosmetika, Lebensmitteln und anderen Dingen des täglichen Lebens enthalten. Sie sind toxisch, wenn sie sich im menschlichen Organismus anreichern, und können möglicherweise mehrere Gesundheitsprobleme verursachen, aber um sie in Körperflüssigkeiten nachzuweisen, sind teure Geräte und eine kontrollierte Laborumgebung erforderlich. Forscher der Universität São Paulo (USP) in Brasilien haben jetzt einen tragbaren Sensor aus einfachen Materialien zum Nachweis von Schwermetallen im Schweiß entwickelt, der leicht zu entnehmen ist.

An der Forschung waren Gruppen der São Carlos Institute of Physics (IFSC) und Chemistry (IQSC) sowie Mitarbeiter der Universität München in Deutschland und der Chalmers University of Technology in Schweden beteiligt.

Die Ergebnisse werden in einem Artikel in der Zeitschrift veröffentlicht Chemosensoren. „Wir erhalten wichtige Informationen über die Gesundheit einer Person, indem wir ihre Belastung durch Schwermetalle messen. Hohe Cadmiumkonzentrationen können zu tödlichen Problemen in den Atemwegen, der Leber und den Nieren führen. Eine Bleivergiftung schädigt das zentrale Nervensystem und verursacht Reizbarkeit, kognitive Beeinträchtigung, Müdigkeit, Unfruchtbarkeit, Bluthochdruck bei Erwachsenen und verzögertes Wachstum und verzögerte Entwicklung bei Kindern“, sagte Paulo Augusto Raymundo Pereira, letzter Autor des Artikels und Forscher am IFSC-USP.

Menschen scheiden Schwermetalle hauptsächlich über Schweiß und Urin aus, und die Analyse dieser Bioflüssigkeiten ist ein wichtiger Bestandteil toxikologischer Tests sowie der Behandlung. „Die Welt braucht flexible Sensoren, die wie unser Gerät einfach, billig und schnell in Massenproduktion hergestellt werden können, um gefährliche Verbindungen vor Ort zu erkennen, kontinuierlich zu überwachen und dezentral zu analysieren“, sagte Pereira.

Im Gegensatz zu anderen Goldstandard-Tests zum Nachweis von Schwermetallen in Bioflüssigkeiten ist der Sensor in Bezug auf die zu seiner Herstellung verwendeten Materialien und die Phasen seiner Herstellung einfach. „Die Basis des Geräts ist Polyethylenterephthalat [PET], darauf ein leitfähiges flexibles Kupferklebeband, ein Etikett, wie man es aus dem Schreibwarenhandel bekommt, mit aufgedrucktem Sensor und eine Schutzschicht aus Nagellack oder Spray. Das freigelegte Kupfer wird durch 20-minütiges Eintauchen in eine Eisen(III)-Chlorid-Lösung entfernt, gefolgt von einem Waschen in destilliertem Wasser, um die notwendige Korrosion zu fördern. All dies gewährleistet Geschwindigkeit, Skalierbarkeit, geringen Stromverbrauch und niedrige Kosten“, sagte Robson R. da Silva, Forscher an der Chalmers University of Technology in Schweden und Mitautor des Artikels.

Das Gerät ist mit einem Potentiostaten verbunden, einem tragbaren Instrument, das die Konzentration jedes Metalls durch Messen von Potential- und Stromunterschieden zwischen Elektroden bestimmt. Das Ergebnis wird mit entsprechender Anwendungssoftware auf einem Computer oder Smartphone angezeigt.

Das System ist einfach genug, um von Laien ohne Ausbildung sowie von Technikern an Orten wie Krankenhäusern, Kliniken und Arztpraxen verwendet zu werden. Das Gerät kann auch in verschiedenen Umweltmanagementsituationen verwendet werden. „Artesische Brunnen zum Beispiel sind reguliert und müssen ständig überwacht werden, um die Wasserqualität zu analysieren. Unser Sensor kann in solchen Fällen äußerst nützlich sein“, sagte Anderson M. de Campos, Erstautor des Artikels und Forscher an der Universität München in Deutschland.

Verfeinerungen und mögliches Patent

Die Leistung des Sensors beim Nachweis von Blei und Cadmium wurde in Versuchen mit künstlichem Schweiß, der unter idealen Versuchsbedingungen angereichert wurde, bewertet. Anpassungen sind erforderlich, bevor das Gerät patentiert werden kann.

„Bis zur Fertigstellung der Erfindung fanden wir keine Berichte über flexible Kupfersensoren, die zum Nachweis toxischer Metalle im Schweiß verwendet wurden, aber eine vorherige Suche würde wahrscheinlich etwas Ähnliches ergeben und möglicherweise eine Patentanmeldung blockieren“, sagte Marcelo L. Calegaro, der andere Co-Autor des Artikels und Forscher am IQSC-USP.

Um dieses Problem zu vermeiden, arbeitet er an Verfeinerungen und zusätzlichen Anwendungen. Eine Idee wäre, die abfallproduzierende Korrosionsstufe durch einen Schnitt in einer Papiermaschine zu ersetzen. Eine andere wäre, den gleichen Gerätetyp zum Nachweis von Pestiziden in Wasser und Lebensmitteln zu verwenden.