Hudlignende sensor kortlægger iltniveauer i blodet overalt i kroppen

Skader kan ikke heles uden en konstant tilstrømning af blodets nøgleingrediens - ilt.

En ny fleksibel sensor udviklet af ingeniører ved University of California, Berkeley, kan kortlægge iltniveauer i blodet over store områder af huden, væv og organer, potentielt give læger en ny måde at overvåge helende sår i realtid.

"Når du hører ordet oximeter, navnet på blod-ilt sensorer, stive og omfangsrige fingerklemmesensorer kommer ind i dit sind, " sagde Yasser Khan, en kandidatstuderende i elektroteknik og datalogi ved UC Berkeley. "Vi ønskede at bryde væk fra det, og viser, at oximetre kan være lette, tynd og fleksibel."

Sensoren, beskrevet i denne uge i journalen Proceedings of the National Academy of Sciences , er lavet af organisk elektronik trykt på bøjeligt plastik, der former sig efter kroppens konturer. I modsætning til fingerspidsoximetre, den kan registrere iltniveauer i blodet på ni punkter i et gitter og kan placeres hvor som helst på huden. Det kan potentielt bruges til at kortlægge iltning af hudtransplantater, eller at se gennem huden for at overvåge iltniveauet i transplanterede organer, siger forskerne.

"Alle medicinske applikationer, der bruger iltovervågning, kunne drage fordel af en bærbar sensor, " sagde Ana Claudia Arias, en professor i elektroteknik og datalogi ved UC Berkeley. "Patienter med diabetes, åndedrætssygdomme og endda søvnapnø kunne bruge en sensor, der kunne bæres hvor som helst til at overvåge iltniveauer i blodet 24/7."

Eksisterende oximetre bruger lysemitterende dioder (LED'er) til at skinne rødt og nær-infrarødt lys gennem huden og derefter registrere, hvor meget lys der kommer til den anden side. Rød, iltrigt blod absorberer mere infrarødt lys, mens mørkere, iltfattigt blod absorberer mere rødt lys. Ved at se på forholdet mellem transmitteret lys, sensorerne kan bestemme, hvor meget ilt der er i blodet.

Disse oximetre virker kun på områder af kroppen, der er delvist gennemsigtige, som fingerspidserne eller øreflipperne, og kan kun måle blod-ilt niveauer på et enkelt punkt i kroppen.

"Tyke områder af kroppen, såsom panden, arme og ben, næppe passerer synligt eller nær-infrarødt lys, hvilket gør måling af ilt på disse steder virkelig udfordrende, " sagde Khan.

I 2014 Arias og et hold af kandidatstuderende viste, at trykte organiske LED'er kan bruges til at skabe tynde, fleksible oximetre til fingerspidser eller øreflipper. Siden da, de har skubbet deres arbejde videre, udvikle en måde at måle iltning i væv ved hjælp af reflekteret lys frem for transmitteret lys. Ved at kombinere de to teknologier kan de skabe den nye bærbare sensor, der kan registrere iltniveauer i blodet overalt på kroppen.

Den nye sensor er bygget af en række skiftende røde og nær-infrarøde organiske LED'er og organiske fotodioder printet på et fleksibelt materiale. Holdet brugte sensoren til at spore de overordnede iltniveauer i blodet på panden af ​​en frivillig, der indåndede luft med gradvist lavere koncentrationer af ilt - svarende til at gå op i højden - og fandt ud af, at det matchede dem, der brugte et standard fingerspidsoximeter. De brugte også sensoren til at kortlægge iltniveauer i blodet i et tre gange tre gitter på underarmen på en frivillig, der bærer en trykmanchet.

"Efter transplantation, kirurger ønsker at måle, at alle dele af et organ får ilt, " sagde Khan. "Hvis du har én sensor, du skal flytte den rundt for at måle iltning på forskellige steder. Med et array, du kan vide med det samme, hvis der er et punkt, der ikke heler ordentligt."