Lille injicerbar sensor kunne give diskret, langsigtet alkoholovervågning

Ingeniører ved University of California San Diego har udviklet en miniature, ultra-laveffekt injicerbar biosensor, der kan bruges til kontinuerlig, langsigtet alkoholovervågning. Chippen er lille nok til at blive implanteret i kroppen lige under overfladen af ​​huden og drives trådløst af en bærbar enhed, såsom et smartwatch eller patch.

"Det ultimative mål med dette arbejde er at udvikle en rutine, diskret alkohol- og stofovervågningsanordning til patienter i behandlingsprogrammer for stofmisbrug, " sagde Drew Hall, en elektroingeniørprofessor ved UC San Diego Jacobs School of Engineering, der ledede projektet. Hall er også tilknyttet Center for Wireless Communications og Center for Wearable Sensors, begge ved UC San Diego. Halls team præsenterede dette arbejde på 2018 IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC) den 10. april i San Diego.

En af udfordringerne for patienter i behandlingsprogrammer er manglen på praktiske værktøjer til rutinemæssig overvågning. Alkometer, i øjeblikket den mest almindelige måde at estimere promille på, er uklare enheder, der kræver patientstart og ikke er så præcise, Hall noterede sig. En blodprøve er den mest nøjagtige metode, men det skal udføres af en uddannet tekniker. Tatoveringsbaserede alkoholsensorer, der kan bæres på huden, er et lovende nyt alternativ, men de kan let fjernes og er kun til engangsbrug.

"En lille injicerbar sensor - der kan administreres på en klinik uden kirurgi - kunne gøre det lettere for patienter at følge et foreskrevet overvågningsforløb i længere perioder, " sagde Hall.

Biosensor-chippen måler cirka en kubikmillimeter i størrelse og kan injiceres under huden i interstitiel væske - væsken, der omgiver kroppens celler. Den indeholder en sensor, der er belagt med alkoholoxidase, et enzym, der selektivt interagerer med alkohol for at generere et biprodukt, der kan påvises elektrokemisk. De elektriske signaler overføres trådløst til en bærbar enhed i nærheden, såsom et smartwatch, som også trådløst driver chippen. To ekstra sensorer på chippen måler baggrundsignaler og pH -niveauer. Disse bliver annulleret for at gøre alkoholaflæsningen mere nøjagtig.

Forskerne designet chippen til at forbruge så lidt strøm som muligt - 970 nanowatt i alt, hvilket er cirka en million gange mindre strøm, end en smartphone bruger, når du foretager et telefonopkald. "Vi ønsker ikke, at chippen skal have en væsentlig indflydelse på batterilevetiden for den bærbare enhed. Og da vi implanterer dette, vi ønsker ikke, at der genereres en masse varme lokalt inde i kroppen eller et batteri, der er potentielt giftigt, " sagde Hall.

En af måderne, hvorpå chippen fungerer på en sådan ultralav strøm, er ved at overføre data via en teknik kaldet backscattering. Dette sker, når en enhed i nærheden som et smartwatch sender radiofrekvenssignaler til chippen, og chippen sender data ved at ændre og reflektere disse signaler tilbage til smartwatchet. Forskerne designede også ultralavsensorudlæsningskredsløb til chippen og minimerede dets målingstid til kun tre sekunder, hvilket resulterer i et mindre strømforbrug.

Forskerne testede chippen in vitro med en opsætning, der efterlignede et implanteret miljø. Dette involverede blandinger af ethanol i fortyndet humant serum under lag af svinehud.

Til fremtidige studier, forskerne planlægger at teste chippen i levende dyr. Halls gruppe arbejder med CARI Therapeutics, en startup baseret i Qualcomm Institute Innovation Space ved UC San Diego, og Dr. Carla Marienfeld, en afhængighedspsykiater ved UC San Diego, som har specialiseret sig i at behandle personer med stofmisbrugsforstyrrelser, at optimere chippen til næste generation af genoptræningsovervågning. Halls gruppe er ved at udvikle versioner af denne chip, der kan overvåge andre molekyler og lægemidler i kroppen.

"Dette er en proof-of-concept platformteknologi. Vi har vist, at denne chip kan fungere for alkohol, men vi forestiller os at skabe andre, der kan opdage forskellige misbrugsstoffer og injicere en skræddersyet cocktail af dem i en patient for at give langsigtet, personlig medicinsk overvågning, " sagde Hall.