MIT entwickelt das kleinste schluckbare Thermometer der Welt

Ein Thermometer, das kaum größer als eine Blaubeere ist und einfach geschluckt wird: Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) arbeiten an einer neuen Methode, die Körpertemperatur kontinuierlich und deutlich genauer zu erfassen als mit klassischen Stirn- oder Mundthermometern.

Der neue Sensor misst nur 6 mm im Durchmesser und vier Millimeter in der Höhe. Nach Angaben des Forschungsteams handelt es sich um die kleinste bisher bekannte schluckbare Temperaturmesskapsel. Die Ergebnisse der Entwicklung wurden jetzt in der Fachzeitschrift Nature Electronics veröffentlicht.

Warum die Körperkerntemperatur so wichtig ist

Im Alltag wird die Temperatur meist an der Stirn, im Ohr oder unter der Zunge gemessen. Diese Verfahren sind unkompliziert, liefern aber nicht immer ein exaktes Bild der tatsächlichen Körpertemperatur.

Deutlich aussagekräftiger sind Messungen im Körperinneren. Dort lassen sich Veränderungen oft früher erkennen. Das kann beispielsweise bei Infektionen, nach Operationen oder während einer Narkose hilfreich sein.

„Ein Sensor wie dieser gibt uns die Möglichkeit, Infektionen zu überwachen und frühzeitig zu erkennen“, sagt Giovanni Traverso vom MIT. „Das ist besonders relevant für Risikogruppen wie Menschen, deren Immunsystem durch Chemotherapie oder immunsuppressive Medikamente geschwächt ist.“

Das eigentliche Problem war die Größe

Verschluckbare Temperatursensoren gibt es bereits. Die meisten sind jedoch deutlich größer und erinnern eher an eine Multivitamintablette. Das erschwert das Schlucken und erhöht das Risiko, dass die Kapsel im Verdauungstrakt stecken bleibt. Genau dort setzte das MIT-Team an.

„Der Grund für die geringe Größe ist die Sicherheit“, erklärt Traverso. „Wir wollen etwas, das so klein ist, dass das Risiko einer Blockade oder Verstopfung stark gemindert wird und es zudem leicht geschluckt werden kann.“

Um dieses Ziel zu erreichen, mussten die Forschenden praktisch alle Bauteile neu denken. Sie verkleinerten den Temperaturchip, die Antenne und die Batterie. Gleichzeitig reduzierten sie den Energiebedarf drastisch.

Der eigentliche Messchip besitzt lediglich eine Fläche von 1 mm². Trotz seiner geringen Größe kann er Temperaturänderungen mit einer Auflösung von bis zu 0,01 °C erfassen. Dafür benötigt die Schaltung nur rund 10 Nanowatt Leistung. Zum Vergleich: Selbst einfache elektronische Geräte verbrauchen ein Vielfaches dieser Energiemenge.

Funktechnik spart Strom

Ein entscheidender Baustein des Systems ist die drahtlose Datenübertragung. Statt selbst aktiv Funksignale zu erzeugen, nutzt der Sensor ein Verfahren namens Backscattering. Dabei sendet eine Antenne außerhalb des Körpers ein Funksignal aus. Die kleine Antenne im Sensor verändert dieses Signal minimal und reflektiert es zurück.

Aus diesen Veränderungen kann das Empfangssystem die aktuelle Temperatur berechnen. Der Vorteil liegt auf der Hand: Der Sensor muss nur sehr wenig Energie für die Kommunikation aufbringen. Dadurch reicht eine winzige Knopfzellenbatterie mit einem Durchmesser von weniger als fünf Millimetern aus.

„Wir haben all diese verschiedenen Komponenten – den Siliziumchip, die Batterie und die Antenne – miteinander kombiniert und daraus eine schluckbare Kapsel gemacht, die die kleinste schluckbare Kapsel ist, die wir bisher für Temperaturmesssysteme gesehen haben“, sagt Studienerstautor Saransh Sharma.

Der Sensor übermittelt einmal pro Sekunde einen neuen Messwert. Dadurch entsteht ein nahezu lückenloses Temperaturprofil.

Mögliche Anwendungen reichen von der Klinik bis zum Sport

Die Forschenden sehen zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für die Technik. Dazu gehören unter anderem:

• Überwachung von Infektionen
• Kontrolle der Körpertemperatur während und nach Operationen
• Beobachtung von Risikopatienten mit geschwächtem Immunsystem
• Fruchtbarkeitsüberwachung über die Körperkerntemperatur
• Fieberkontrolle bei Kindern
• Überwachung von Sportlerinnen, Sportler oder Einsatzkräften unter extremen Bedingungen

Gerade während einer Narkose könnte das System Vorteile bieten. Narkosemittel beeinflussen die natürliche Temperaturregulation des Körpers. Dadurch steigt das Risiko einer Unterkühlung. Eine kontinuierliche Messung könnte medizinischem Personal helfen, schneller auf Veränderungen zu reagieren.

Erste Tests liefern vielversprechende Ergebnisse

Bislang wurde die Technik ausschließlich in Tierstudien untersucht. Dabei testete das Forschungsteam die Sensoren sowohl bei narkotisierten als auch bei frei beweglichen Tieren.

In beiden Fällen lieferten die Kapseln stabile und präzise Temperaturwerte. Gleichzeitig funktionierte die drahtlose Datenübertragung zuverlässig.

Der nächste Schritt sind zusätzliche Sensoren, die weitere Vitalparameter erfassen können. Denkbar sind beispielsweise Systeme zur Messung der Herzfrequenz oder anderer physiologischer Daten.

Anschließend sollen klinische Studien mit Menschen folgen. Traverso sieht langfristig großes Potenzial für die Technologie. „Ich denke, dies könnte alle Thermometer ersetzen, da es die genaueste Methode zur Temperaturmessung ist“, sagt er.