微小的注射傳感器可以提供不引人注目的長期酒精監(jiān)測

加州大學圣地亞哥分校的工程師開發(fā)出一種微型，超低功率可注射生物傳感器，可用于連續(xù)，長期的酒精監(jiān)測。該芯片足夠小，可以植入皮膚表面正下方的身體，并由可穿戴設備(如智能手表或貼片)無線供電。

“這項工作的最終目標是為物質濫用治療計劃中的患者開發(fā)一種常規(guī)的，不顯眼的酒精和藥物監(jiān)測裝置，”負責該項目的加州大學圣地亞哥雅各布斯工程學院電氣工程教授Drew Hall說。Hall還隸屬于加州大學圣地亞哥分校的無線通信中心和可穿戴傳感器中心。Hall的團隊于4月10日在圣地亞哥舉行的2018年IEEE定制集成電路會議(CICC)上展示了這項工作。

治療方案中患者面臨的挑戰(zhàn)之一是缺乏常規(guī)監(jiān)測的便利工具?；魻栔赋觯粑治鰞x是目前最常用的估計血液酒精含量的方法，它是需要患者啟動的笨重裝置，并不準確。驗血是最準確的方法，但需要由經過培訓的技術人員進行?？梢耘宕髟谄つw上的基于紋身的酒精傳感器是一種很有前途的新選擇，但它們可以很容易地去除，并且只能一次性使用。

生物傳感器芯片的尺寸大約為1立方毫米，可以在間質液中注入皮膚 - 人體細胞周圍的液體。它包含一個涂有酒精氧化酶的傳感器，這種酶選擇性地與酒精相互作用產生可以電化學檢測的副產物。電信號無線傳輸到附近的可穿戴設備，例如智能手表，智能手表也無線地為芯片供電。芯片上的另外兩個傳感器測量背景信號和pH值。這些被取消以使酒精讀數更準確。

研究人員設計的芯片消耗盡可能少的功率 - 總共970納瓦，這比智能手機在撥打電話時消耗的功率大約低一百萬倍。“我們不希望芯片對可穿戴設備的電池壽命產生重大影響。而且由于我們正在植入這種設備，我們不希望在體內局部產生大量熱量或者電池是可能有毒，“霍爾說。

芯片在這種超低功耗下工作的方式之一是通過稱為反向散射的技術傳輸數據。當附近的設備(如智能手表)向芯片發(fā)送射頻信號時，會發(fā)生這種情況，芯片通過修改并將這些信號反射回智能手表來發(fā)送數據。研究人員還為芯片設計了超低功耗傳感器讀出電路，并將測量時間縮短至僅3秒，從而降低了功耗。

研究人員用一種模擬植入環(huán)境的裝置在體外測試了芯片。這涉及在豬皮層下面的稀釋的人血清中的乙醇混合物。

對于未來的研究，研究人員正計劃在活體動物身上測試芯片。Hall的團隊正在與位于加州大學圣地亞哥分校高通研究所創(chuàng)新空間的創(chuàng)業(yè)公司CARI Therapeutics以及加州大學圣地亞哥分校的成癮精神病學家Carla Marienfeld博士合作，專門治療藥物濫用障礙患者，以優(yōu)化籌碼下一代康復監(jiān)測。霍爾集團正在開發(fā)這種芯片的版本，可以監(jiān)測體內的其他分子和藥物。

“這是一種概念驗證平臺技術。我們已經證明這種芯片可以用于酒精，但我們設想創(chuàng)建其他可以檢測不同濫用物質的藥物，并將它們的定制混合物注入患者體內，以提供長術語，個性化醫(yī)療監(jiān)測，“霍爾說。