Беспроводной имплант реального времени обеспечивает миниатюрный глубокотканевой мониторинг кислорода

Инженеры создали крошечный беспроводной имплант, который может предоставлять измерения уровня кислорода в тканях в реальном времени глубоко под кожей. Устройство, меньшее средней божьей коровки и питаемое ультразвуковыми волнами, проложило путь для создания множества миниатюрных датчиков, которые могли бы отслеживать ключевые биохимические маркеры в теле, такие как pH или углекислый газ. Эти датчики могли бы однажды предоставлять врачам минимально инвазивные методы для мониторинга биохимии внутри функционирующих органов и тканей.

Кислород — ключевой компонент способности клеток извлекать энергию из пищи, которую мы едим, и почти все ткани в теле требуют постоянного снабжения для выживания. Большинство методов измерения оксигенации тканей могут предоставлять информацию только о том, что происходит возле поверхности тела. Это потому, что эти методы полагаются на электромагнитные волны, такие как инфракрасный свет, которые могут проникать только на несколько сантиметров в кожу или ткань органа. Хотя есть типы магнитно-резонансной томографии, которые могут предоставлять информацию о глубокой оксигенации тканей, они требуют длинного времени сканирования и поэтому не способны предоставлять данные в реальном времени.

Ультразвуковые волны, которые являются формой звука слишком высокой частоты для обнаружения человеческим ухом, могут безвредно проходить через тело на гораздо больших расстояниях, чем электромагнитные волны, и уже являются основой ультразвуковой технологии визуализации в медицине.

Включение кислородного датчика включало интеграцию как источника света LED, так и оптического детектора в крошечное устройство, а также проектирование более сложного набора электронных контролов для работы и чтения датчика. Этот тип кислородного датчика отличается от пульсоксиметров, используемых для измерения насыщения кислородом в крови. Пока пульсоксиметры измеряют пропорцию гемоглобина в крови, которая оксигенирована, новое устройство способно напрямую измерять количество кислорода в ткани.

Одно потенциальное применение устройства — мониторинг трансплантированных органов, потому что в месяцах после трансплантации органов могут возникнуть сосудистые осложнения, и эти осложнения могут привести к дисфункции трансплантата. Его можно использовать для измерения гипоксии опухолей, что может помочь врачам направлять лучевую терапию рака.

У недоношенных младенцев дополнительный кислород может потребоваться, но у врачей нет надежного тканевого показания концентрации кислорода. Дальнейшие миниатюризированные версии этого устройства могли бы помочь лучше управлять воздействием кислорода на недоношенных младенцев в отделении интенсивной терапии и помочь минимизировать некоторые негативные последствия чрезмерного воздействия кислорода, такие как ретинопатия недоношенности или хроническое заболевание легких.

Технологию можно дальше улучшить, разместив датчик в корпусе, чтобы он мог выживать долгосрочно в теле. Дальнейшая миниатюризация устройства также упростила бы процесс имплантации, который в настоящее время требует хирургии. Кроме того, оптическая платформа в датчике может быть легко адаптирована для измерения другой биохимии в теле. Просто меняя платформу, построенную для кислородного датчика, устройство можно модифицировать для измерения, например, pH, реактивных видов кислорода, глюкозы или углекислого газа. Если упаковку можно сделать меньше, устройство можно инъецировать в тело иглой или через лапароскопическую операцию, делая имплантацию еще легче.