Крошечный беспроводной имплантат обнаруживает кислород глубоко внутри тела

Инженеры создали крошечный беспроводной имплантат, который может в режиме реального времени измерять уровень кислорода в тканях глубоко под кожей. Устройство, которое меньше средней божьей коровки и питается от ультразвуковых волн, прокладывает путь к созданию множества миниатюрных датчиков, которые могут отслеживать ключевые биохимические маркеры в организме, такие как рН или углекислый газ. Когда-нибудь эти датчики могут предоставить врачам малоинвазивные методы мониторинга биохимии внутри функционирующих органов и тканей.

Кислород является ключевым компонентом способности клеток использовать энергию из пищи, которую мы едим, и почти все ткани в организме нуждаются в постоянном поступлении, чтобы выжить. Большинство методов измерения оксигенации тканей могут предоставить информацию только о том, что происходит вблизи поверхности тела. Это связано с тем, что эти методы основаны на электромагнитных волнах, таких как инфракрасный свет, который может проникать только на несколько сантиметров в кожу или ткани органов. Хотя существуют типы магнитно-резонансной томографии, которые могут предоставить информацию о глубокой оксигенации тканей, они требуют длительного времени сканирования и поэтому не могут предоставлять данные в режиме реального времени.

Ультразвуковые волны, которые представляют собой звук слишком высокой частоты, чтобы его могло уловить человеческое ухо, могут безвредно распространяться по телу на гораздо большие расстояния, чем электромагнитные волны, и уже являются основой технологии ультразвуковой визуализации в медицине.

Внедрение кислородного датчика включало в себя интеграцию как светодиодного источника света, так и оптического детектора в крошечное устройство, а также разработку более сложного набора электронных элементов управления для работы и считывания данных с датчика. Этот тип датчика кислорода отличается от пульсоксиметров, которые используются для измерения насыщения крови кислородом. В то время как пульсоксиметры измеряют долю гемоглобина в крови, которая насыщена кислородом, новое устройство может напрямую измерять количество кислорода в тканях.

Одним из потенциальных применений устройства является мониторинг трансплантатов органов, поскольку в течение нескольких месяцев после трансплантации органов могут возникнуть сосудистые осложнения, которые могут привести к дисфункции трансплантата. Его также можно использовать для измерения гипоксии опухоли, что может помочь врачам назначать лучевую терапию рака.

Недоношенным детям может потребоваться дополнительный кислород, но у врачей нет надежных показателей концентрации кислорода в тканях. Дальнейшие миниатюрные версии этого устройства могут помочь лучше контролировать воздействие кислорода на недоношенных детей в условиях отделения интенсивной терапии и минимизировать некоторые негативные последствия чрезмерного воздействия кислорода, такие как ретинопатия недоношенных или хроническое заболевание легких.

Технологию можно было бы еще больше усовершенствовать, поместив датчик в корпус, чтобы он мог сохраняться в организме в течение длительного времени. Дальнейшая миниатюризация устройства также упростит процесс имплантации, который в настоящее время требует хирургического вмешательства. Кроме того, оптическую платформу датчика можно легко адаптировать для измерения других биохимических процессов в организме. Просто изменив платформу, созданную для датчика кислорода, устройство можно модифицировать для измерения, например, pH, активных форм кислорода, глюкозы или углекислого газа. Если бы упаковку можно было сделать меньше, устройство можно было бы вводить в организм с помощью иглы или с помощью лапароскопической хирургии, что сделало бы имплантацию еще проще.