Ein kleiner optischer Chip kann im Versuch Veränderungen beim Blutzucker erfassen, ohne dass dafür Blut entnommen wird. Die Entwickler beziffern die Kosten ihres Spektrometers auf etwa zehn US-Dollar. Eine längere Messreihe wurde allerdings nur an einem Teilnehmer gezeigt. Ein zugelassenes Gerät für die Behandlung von Diabetes ist das System damit noch nicht.
Forscher der University of Cambridge und des aus der Arbeitsgruppe hervorgegangenen Unternehmens GlitterinTech haben ein sogenanntes Faltungsspektrometer entwickelt. Es zerlegt Messinformationen aus Licht in ein auswertbares Spektrum. Das System basiert auf integrierter Photonik aus Siliziumnitrid. Neben Blutzucker untersuchte das Team unter anderem Materialien und Lösungen. Der medizinische Einsatz ist somit eine von mehreren erprobten Anwendungen.
Ein Spektrometer erfasst, wie stark verschiedene Wellenlängen in einem Lichtsignal vertreten sind. Moleküle absorbieren Licht nicht bei allen Wellenlängen gleich. Daraus lassen sich Informationen über die Zusammensetzung einer Probe gewinnen. Bei Gewebe ist die Aufgabe besonders anspruchsvoll, weil zahlreiche Stoffe gleichzeitig zum Signal beitragen. Wasser, Haut und Blut verändern gemeinsam das Licht, das den Sensor erreicht.
Glukose muss deshalb aus einem überlagerten Signal erkannt werden. Eine schöne Übereinstimmung mit Referenzwerten bei einem einzelnen Menschen beantwortet noch nicht, ob dieselbe Auswertung bei anderen Personen funktioniert. Hautbeschaffenheit, Durchblutung und Messkontakt können variieren. Auch Bewegung und wechselnde Umgebungsbedingungen gehören zu den Einflüssen, die ein Alltagsgerät bewältigen müsste. Genau deshalb ist die Kalibrierung bei einer medizinischen Anwendung ebenso wichtig wie die Empfindlichkeit der Hardware.
Das neue Konzept kombiniert mehrere optische Bauteile mit periodischen spektralen Antworten. Durch ihre abgestimmte Veränderung wird die Messinformation so erfasst, dass sich das ursprüngliche Spektrum rechnerisch zurückgewinnen lässt. Dabei nutzt das Team den mathematischen Faltungssatz. Der Demonstrator arbeitet im nahen Infrarotbereich von 1.200 bis 1.700 Nanometern. Messung und Verarbeitung erfolgen laut Mitteilung in weniger als einer Sekunde.
Die Bedeutung liegt vor allem darin, auf engem Raum nutzbare spektrale Informationen zu erhalten. Ein großes Laborgerät bietet viel Platz für optische Wege und einzelne Komponenten. Ein tragbarer Sensor muss dieselben grundlegenden Aufgaben unter deutlich engeren Platz- und Energiebedingungen lösen. Die integrierte Photonik verlagert einen Teil dieser Funktionen auf eine kompakte Plattform. Aus einer solchen Plattform können später unterschiedliche Messgeräte entstehen.
Die genannte Summe beschreibt die Kostenangabe der Entwickler für das Spektrometer. Ein vollständiges Gesundheitsprodukt benötigt darüber hinaus unter anderem ein Gehäuse, Energieversorgung, Software und eine geprüfte Messkette. Hinzu kommen Entwicklung, Qualitätskontrolle und gegebenenfalls medizinische Zulassung. Eine Kostenangabe für den technischen Kern lässt sich deshalb nicht unmittelbar als Ladenpreis lesen. Auch ein günstiges Bauteil kann in einem deutlich teureren Gesamtsystem eingesetzt werden.
Das Ziel einer berührungslosen oder nicht invasiven Messung verfolgen mehrere Entwicklungsansätze, darunter Sensoren zur Blutzuckermessung am Handgelenk. Entscheidend ist jeweils die Übereinstimmung mit einer anerkannten Referenz über den gesamten relevanten Messbereich. Besonders niedrige oder rasch wechselnde Werte stellen hohe Anforderungen. Ein Gerät muss solche Situationen zuverlässig erkennen und nicht nur einen durchschnittlichen Tagesverlauf nachvollziehen.
Welche Folgen Messdaten haben können, zeigt die Entwicklung von automatisch sensorgesteuerten Behandlungssystemen. Sobald ein Messwert eine therapeutische Reaktion auslöst, ist seine Verlässlichkeit besonders wichtig. Der Cambridge-Chip ist deshalb zunächst als Fortschritt der optischen Messtechnik einzuordnen. Seine Eignung für medizinische Entscheidungen müsste in größeren und vielfältigeren Untersuchungen gesondert nachgewiesen werden.
Nature Photonics, Optical convolutional spectrometer; doi:10.1038/s41566-026-01891-6
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