Forschende der ETH Zürich haben ein Handgerät entwickelt, das den Aceton-Gehalt der Atemluft mit einer Präzision misst, wie sie bislang nur aus der Massenspektrometrie bekannt ist. Aceton entsteht, wenn der Körper Fett statt Kohlenhydrate verbrennt. Das kleine Messgerät, äußerlich einem Alkoholtester nicht unähnlich, soll Menschen künftig ermöglichen, ihren Fettstoffwechsel selbst zu überwachen – ohne Bluttest, ohne Labor und ohne medizinische Fachkenntnisse. Den entscheidenden Unterschied macht das Zusammenspiel aus Sensorik, Filtertechnologie und Smartphone.

Denn die eigentliche Herausforderung besteht nicht darin, Aceton überhaupt nachzuweisen. Sondern darin, dies außerhalb des Labors reproduzierbar und zuverlässig zu tun.

Aceton ist ein Nebenprodukt des Fettstoffwechsels und wird über die Lunge ausgeatmet. Seine Konzentration in der Atemluft verrät, ob der Organismus gerade Fettreserven nutzt oder vor allem Kohlenhydrate wie Zucker verstoffwechselt. Diese Information könnte künftig helfen, Diäten individueller zu steuern, Therapien bei Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes präziser zu begleiten oder ketogene Ernährungsformen – etwa bei der Behandlung von Epilepsie – besser zu überwachen. Ziel ist es, Stoffwechselreaktionen künftig nicht mehr nach allgemeinen Empfehlungen, sondern individuell zu erfassen und Therapien entsprechend anzupassen.

„Bei Diäten gibt es keine Faustregel, die für alle Menschen funktioniert. Idealerweise sollte man sich individuell überwachen, um zu sehen, wie der eigene Stoffwechsel reagiert“, erklärt Andreas Güntner, Professor für Sensorik am Department für Maschinenbau und Verfahrenstechnik der ETH Zürich. „Dazu braucht es Methoden, die ähnlich wie die Blutzuckermessungen für Diabetiker selbständig durchgeführt werden können und zuverlässige Resultate liefern.“

Güntners Forschungsgruppe entwickelte das Messgerät gemeinsam mit dem ETH-Spin-off Alivion und überprüfte dessen Leistungsfähigkeit zusammen mit dem Universitätsspital Zürich.

Dass der Ansatz funktioniert, zeigt eine Validierungsstudie mit zwölf erwachsenen Probandinnen und Probanden. Insgesamt verglichen die Forschenden 312 Atemmessungen mit Bluttests und den Ergebnissen eines hochpräzisen Massenspektrometers – dem analytischen Goldstandard. Die Messungen fanden unter unterschiedlichen Stoffwechselsituationen statt: bei leichter und intensiver körperlicher Belastung sowie unter verschiedenen Ernährungsformen. Die Ergebnisse des Handgeräts erwiesen sich dabei als praktisch deckungsgleich mit denen des Massenspektrometers und bestätigten zugleich die Aussagekraft der Bluttests. Darüber hinaus lieferte das System auch über mehrere Monate hinweg zuverlässige und reproduzierbare Messergebnisse.

Die Grundlage des nun validierten Handgeräts entstand nicht über Nacht. Die Sensortechnologie, auf der das System basiert, wird an der ETH Zürich seit mehr als zehn Jahren entwickelt. Bereits 2017 konnte das Forschungsteam zeigen, dass seine Gassensoren einzelne Acetonmoleküle unter 100 Millionen anderen Molekülen nachweisen können – eine Empfindlichkeit, die den Weg für mobile Anwendungen überhaupt erst ebnete.

Der eigentliche Fortschritt liegt jedoch nicht allein in der Empfindlichkeit des Sensors. Bereits heute sind Atem-Aceton-Messgeräte erhältlich. Deren Messergebnisse sind allerdings nur begrenzt reproduzierbar. Sie reagieren nicht ausschließlich auf Aceton, sondern auch auf andere Bestandteile der Atemluft – beispielsweise nach dem Essen oder Trinken – und können deshalb vor allem ausgeprägte Stoffwechselveränderungen erfassen.

Die ETH-Forschenden begegnen diesem Problem mit zwei Bausteinen. Ein neu entwickelter Filter blockiert störende Moleküle. Gleichzeitig führt eine Smartphone-App die Anwenderinnen und Anwender während des Ausatmens in Echtzeit durch den Messvorgang.

„Das Gerät misst das Ausatemvolumen und nimmt erst nach einer gewissen Zeit eine Probe, die tief aus der Lunge kommt“, sagt Erstautorin Simone Hersberger und ergänzt: „Ansonsten würde jede Messung etwas anders ausfallen“.

Damit dies funktioniert, wird jedes Gerät zunächst kalibriert und auf das individuelle Lungenvolumen der Patientinnen und Patienten eingestellt. Erst dadurch entstehen reproduzierbare Messbedingungen.

Mit der erfolgreichen Validierungsstudie sehen die Forschenden einen wichtigen Meilenstein erreicht.

„Wir konnten nachweisen, dass unser Gerät geringfügige Unterschiede im Fettstoffwechsel präzise und zuverlässig erkennt“, sagt ETH-Doktorandin Hersberger.

In weiteren Studien soll nun untersucht werden, ob sich das Atemtestgerät tatsächlich zur Personalisierung von Therapien bei Stoffwechselerkrankungen eignet. Gemeinsam mit dem Kinderspital Zürich prüfen die Forschenden derzeit, ob das Handgerät Kindern mit Epilepsie helfen kann, ihre ketogene Diät besser zu überwachen. Darüber hinaus sehen sie Anwendungsmöglichkeiten bei der Überwachung und Optimierung medizinischer Diäten, bei GLP-1-Therapien mit sogenannten Abnehmspritzen sowie im Breitensport.

Der Weg aus dem Labor ist bereits eingeschlagen. Das ETH-Spin-off Alivion AG vermarktet das System unter dem Namen „Nutrion“. Derzeit wird Nutrion bereits in internationalen Forschungsstudien und medizinischen Einrichtungen eingesetzt. Für die weitere Skalierung und die Erschließung zusätzlicher Anwendungsfelder sucht das Unternehmen Industriepartner und Investoren.

„Dieses Beispiel zeigt, wie Ergebnisse aus der Grundlagenforschung in die Praxis überführt werden und am Ende der Gesellschaft nützen können“, sagt ETH-Professor Andreas Güntner.

Die Arbeiten wurden durch Innosuisse, die Vontobel Stiftung und die Stiftung Accentus finanziell unterstützt.

Originalpublikation:
Hersberger, S., van den Broek, J., Schmid, L., Kappeler, F., Gerber, P., & Güntner, A. (2026). Self-monitoring of fat metabolic status with smartphone-assisted breath acetone detector. Device. Advance online publication. DOI:10.1016/j.device.2026.101226

Quelle: ETH Zürich