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发布2021年4月16日 通过 &

微小的无线植入物检测体内深处的氧气

工程师在加州大学,伯克利他们发明了一种微小的无线植入物,可以实时测量皮肤深层组织的含氧量。该设备比一般的瓢虫要小,由超声波提供动力,可以帮助医生监测移植器官或组织的健康状况,并提供潜在移植失败的早期预警。
这项技术是与麻省理工学院的医生合作开发的加州大学旧金山分校,也为各种微型传感器的制造铺平了道路,这些传感器可以追踪身体的其他关键生化指标,如pH值或二氧化碳。有朝一日,这些传感器将为医生提供微创的方法来监测器官和组织内部的生物化学功能。
“很难测量身体深处的东西,”Michel Maharbiz表示,电气工程和计算机科学教授UC Berkeley.也是陈·扎克伯格生物中心研究员。“该设备演示了如何使用超声技术加上非常巧妙的集成电路设计,您可以创建精良的植入物,该植入物非常深入组织,从器官中获取数据。”马哈比兹是一篇描述该装置的新论文的资深作者,该论文发表在《自然生物技术》杂志上。有关详细信息,请参阅有关的IDTechEx报告2019-2029点的生物医学诊断:技术,应用,预测
氧气是细胞从我们所吃的食物中获取能量的关键成分,身体中几乎所有的组织都需要稳定的氧气供应才能生存。大多数测量组织氧合的方法只能提供身体表面附近发生的信息。这是因为这些方法依赖于电磁像红外线一样的波浪,它只能渗透到皮肤或器官组织中的几厘米。虽然存在类型的磁共振成像,可以提供关于深组织氧合的信息,但它们需要长时间扫描时间,因此无法实时提供数据。
自2013年以来,Maharbiz一直在设计微型植入物,利用超声波与外界进行无线通信。超声波,是一种声音太高的形式频率如果能被人耳检测到,它可以比电磁波在体内传播的距离远得多,对人体无害,而且已经成为医学超声成像技术的基础。这种设备的一个例子是Stimdust,它是与加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学助理教授Rikky Muller合作设计的,它可以检测和刺激人体的电子神经放电。
加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的工程博士后Soner Sonmezoglu领导了将植入物的功能扩展到包括氧气感应的努力。结合氧气传感器涉及集成两个引领光源和光学检测器进入微小器件,以及设计更复杂的电子控制装置以操作并读出传感器。该团队通过监测活羊肌内的氧气水平来测试该设备。
Sonmezoglu指出,这种类型的氧传感器不同于用于测量血氧饱和度的脉搏血氧仪。脉搏血氧仪测量的是血液中血红蛋白的比例,而新设备能够直接测量组织中的氧气量。
“这种设备的一个潜在应用是监测器官移植,因为在器官移植后的几个月里,血管并发症可能会发生,而这些并发症可能会导致移植功能障碍,”Sonmezoglu说。“也可用于测量肿瘤缺氧,也可以帮助医生指导癌症放射治疗。”
研究报告的合著者Jeffrey Fineman和Emin Maltepe都是儿科医生加州大学旧金山分校和儿科药物和设备开发倡议的成员,因为它可能导致胎儿发育和照顾早产婴儿的潜力。
“例如,对于早产儿,我们经常需要补充氧气,但没有可靠的组织氧浓度读数,”马耳他说。“此设备的进一步小型化版本可以帮助我们更好地管理我们的早产儿托儿所中的氧气暴露,并有助于最大限度地减少过度氧暴露的一些负面后果,例如早产或慢性肺病的视网膜病变。”
Sonmezoglu说,这项技术还可以进一步改进,将传感器安置在体内,这样它就可以在人体内长期存活。进一步小型化还可以简化目前需要手术的植入过程。此外,他说,传感器中的光学平台可以很容易地用于测量人体的其他生物化学物质。
“通过改变我们为氧气传感器建造的平台,你可以修改设备来测量,例如pH值、活性氧、葡萄糖或二氧化碳,”Sonmezoglu说。“也,如果我们可以修改包装为了让它更小,你可以想象用针注射到体内,或者通过腹腔镜手术,使植入更加容易。”
图片来源:加州大学伯克利分校
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