微小的注射傳感器可以提供不引人注目的長(zhǎng)期酒精監(jiān)測(cè)

加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師開(kāi)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(zhǎng)期的酒精監(jiān)測(cè)。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(shè)備(如智能手表或貼片)無(wú)線供電。

“這項(xiàng)工作的最終目標(biāo)是為物質(zhì)濫用治療計(jì)劃中的患者開(kāi)發(fā)一種常規(guī)的，不顯眼的酒精和藥物監(jiān)測(cè)裝置，”負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的加州大學(xué)圣地亞哥雅各布斯工程學(xué)院電氣工程教授Drew Hall說(shuō)。Hall還隸屬于加州大學(xué)圣地亞哥分校的無(wú)線通信中心和可穿戴傳感器中心。Hall的團(tuán)隊(duì)于4月10日在圣地亞哥舉行的2018年IEEE定制集成電路會(huì)議(CICC)上展示了這項(xiàng)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(cè)的便利工具。霍爾指出，呼吸分析儀是目前最常用的估計(jì)血液酒精含量的方法，它是需要患者啟動(dòng)的笨重裝置，并不準(zhǔn)確。驗(yàn)血是最準(zhǔn)確的方法，但需要由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的技術(shù)人員進(jìn)行。可以佩戴在皮膚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(zhì)液中注入皮膚 - 人體細(xì)胞周?chē)囊后w。它包含一個(gè)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(chǎn)生可以電化學(xué)檢測(cè)的副產(chǎn)物。電信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)礁浇目纱┐髟O(shè)備，例如智能手表，智能手表也無(wú)線地為芯片供電。芯片上的另外兩個(gè)傳感器測(cè)量背景信號(hào)和pH值。這些被取消以使酒精讀數(shù)更準(zhǔn)確。

研究人員設(shè)計(jì)的芯片消耗盡可能少的功率 - 總共970納瓦，這比智能手機(jī)在撥打電話時(shí)消耗的功率大約低一百萬(wàn)倍。“我們不希望芯片對(duì)可穿戴設(shè)備的電池壽命產(chǎn)生重大影響。而且由于我們正在植入這種設(shè)備，我們不希望在體內(nèi)局部產(chǎn)生大量熱量或者電池是可能有毒，“霍爾說(shuō)。

芯片在這種超低功耗下工作的方式之一是通過(guò)稱為反向散射的技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)附近的設(shè)備(如智能手表)向芯片發(fā)送射頻信號(hào)時(shí)，會(huì)發(fā)生這種情況，芯片通過(guò)修改并將這些信號(hào)反射回智能手表來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。研究人員還為芯片設(shè)計(jì)了超低功耗傳感器讀出電路，并將測(cè)量時(shí)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(cè)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(duì)于未來(lái)的研究，研究人員正計(jì)劃在活體動(dòng)物身上測(cè)試芯片。Hall的團(tuán)隊(duì)正在與位于加州大學(xué)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(xué)圣地亞哥分校的成癮精神病學(xué)家Carla Marienfeld博士合作，專門(mén)治療藥物濫用障礙患者，以優(yōu)化籌碼下一代康復(fù)監(jiān)測(cè)?；魻柤瘓F(tuán)正在開(kāi)發(fā)這種芯片的版本，可以監(jiān)測(cè)體內(nèi)的其他分子和藥物。

“這是一種概念驗(yàn)證平臺(tái)技術(shù)。我們已經(jīng)證明這種芯片可以用于酒精，但我們?cè)O(shè)想創(chuàng)建其他可以檢測(cè)不同濫用物質(zhì)的藥物，并將它們的定制混合物注入患者體內(nèi)，以提供長(zhǎng)術(shù)語(yǔ)，個(gè)性化醫(yī)療監(jiān)測(cè)，“霍爾說(shuō)。