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(xué)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(shè)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(zhì)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(zé)該項目的加州大學(xué)圣地亞哥雅各布斯工程學(xué)院電氣工程教授Drew Hall說。Hall還隸屬于加州大學(xué)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。霍爾指出，呼吸分析儀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(jīng)過培訓(xùn)的技術(shù)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(zhì)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(chǎn)生可以電化學(xué)檢測的副產(chǎn)物。電信號無線傳輸?shù)礁浇目纱┐髟O(shè)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(shù)更準確。

研究人員設(shè)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(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。

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(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(shù)據(jù)。研究人員還為芯片設(shè)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(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?；魻柤瘓F正在開發(fā)這種芯片的版本，可以監(jiān)測體內(nèi)的其他分子和藥物。

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