جهاز استشعار حيوي تحت الجلد لرصد الكحول على المدى الطويل

مستشعر تحت الجلد بحجم 0.85 × 1.5 مم لمراقبة تركيز الكحول في الدم مقابل عملة سنت واحد بقطر 19 مم. الصورة: ديفيد بايلوت / جامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس للهندسة

إن المراقبة المستمرة لتركيز الكحول في الدم مهمة مهمة ، يمكن لحلها إنقاذ حياة الملايين. إذا تم إجراء المراقبة تلقائيًا عن طريق نقل البيانات عبر الاتصال اللاسلكي ، فعندئذٍ يمكن توصيل هذا المستشعر بسهولة بنظام التحكم في السيارة - ولن يجلس الشخص الذي يحتوي على تركيز الكحول في الدم فوق المستوى المسموح به خلف عجلة السيارة. المحرك لن يبدأ.

علاوة على ذلك ، بناءً على طلب الناقل ، يمكن لأجهزة الاستشعار هذه إرسال المعلومات تلقائيًا إلى وكالات إنفاذ القانون وسيارات الإسعاف للاستجابة تلقائيًا لتركيزات الكحول المفرطة. ليس سرا أن نسبة كبيرة من الجرائم الخطيرة والانتحار ترتكب أثناء السكر. إن مثل هذا الرصد سوف ينقذ حياة الكثيرين

قام مهندسو جامعة كاليفورنيا في سان دييغو بتطوير جهاز استشعار حيوي صغير قابل للزرع صغير للغاية يمكن زراعته ويمكن استخدامه للمراقبة المستمرة طويلة الأمد للكحول. الرقاقة صغيرة بما يكفي ليتم زرعها في الجسم أسفل سطح الجلد مباشرة ويتم تشغيلها بواسطة جهاز لاسلكي يمكن ارتداؤه - على سبيل المثال ، هاتف ذكي أو ساعة ذكية أو جهاز آخر يمكن ارتداؤه.

تتطلب الدائرة المصغرة المصغرة مقاس 0.85 × 1.5 مم فقط 970 نانو وات لتعمل. يتم إرسال البيانات بطريقة التشتت الخلفي (وقت القياس - ليس أكثر من ثلاث ثوان). من حيث المبدأ ، يمكن إنتاج هذه الكمية الصغيرة من الطاقة مباشرة من جسم الإنسان: على سبيل المثال ، عن طريق تحلل السكر في الدم ، أو عن طريق فرق درجة الحرارة بين الدوائر الداخلية والخارجية للدائرة الدقيقة. أو من مصادر خلفية مختلفة: الاهتزاز وموجات الراديو وما إلى ذلك. ولكن في هذه الحالة ، قام المطورون بتنفيذ أسهل طريقة للحصول على الطاقة من جهاز إرسال خارجي دائم ، والذي يمكن أن يكون أي أداة إلكترونية أو إلكترونيات يمكن ارتداؤها.


المستشعر مقارنة بحافة عملة سنت واحد بسمك 1.55 مم. الصورة: ديفيد بايلوت / جامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس للهندسة

يقول مدير المشروع ، درو هول ، أستاذ الهندسة الكهربائية في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييجو جاكوبس: "إن الهدف النهائي لهذا العمل هو تطوير جهاز رصد الكحول والمخدرات بشكل دائم وغير مزعج للمرضى في برامج العلاج من تعاطي المخدرات". تعمل Drew Hall أيضًا مع المركز اللاسلكي ومركز الاستشعار القابل للارتداء ، وكلها تعمل في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو.

إحدى مشاكل المرضى في برامج علاج الإدمان هي عدم وجود أدوات ملائمة للمراقبة المستمرة. الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس مستويات الكحول في الدم الآن هي استخدام أجهزة التنفس ، بدلاً من الأجهزة الخرقاء. لاستخدامها ، تحتاج إلى الاتصال بالمريض وطلب المساعدة منه ، وهو أمر غير ممكن ومناسب دائمًا. بالإضافة إلى ذلك ، لا تعطي أجهزة التنفس نتائج دقيقة للغاية ، ويمكن خداعهم. اختبار الدم هو الطريقة الأكثر دقة ، ولكن يجب أن يتم ذلك بواسطة أخصائي مؤهل.

كطريقة بديلة لقياس مستوى الكحول في الدم ، تم اقتراح استخدام وشم خاص على الجسم بأجهزة استشعار مدمجة للكحول ، ولكنها لا تخلو من العوائق. من السهل إزالة مثل هذا الوشم - وهي مخصصة للاستخدام مرة واحدة (أي أن الوشم نفسه مؤقت). وفقًا لمطوري المستشعر الجديد ، فإن الحقن تحت الجلد هو الخيار الأكثر موثوقية للرصد على المدى الطويل والدقيق لمستويات الكحول في الدم لعدة أشهر وسنوات.


جهاز استشعار تحت الجلد مقارنة بنس واحد وطرف إبرة خزعة قياس 16G (1.65 مم). الصورة: ديفيد بايلوت / جامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس للهندسة

يتم إدخال شريحة جهاز استشعار حيوي بحجم مليمتر مكعب تحت الجلد في السائل الخلالي الذي يحيط بخلايا الجسم. المستشعر مغلف بأكسيداز الكحول (EC 1.1.3.13) . يتفاعل هذا الإنزيم بشكل انتقائي مع الكحول وينتج أحشاء يمكن الكشف عنها كيميائيًا. يتم إرسال الإشارات الكهربائية لاسلكيًا إلى جهاز قابل للارتداء مجاور ، مثل الساعة الذكية ، والتي تعمل أيضًا كمصدر طاقة لاسلكي للرقاقة. يقيس مستشعران إضافيان على الشريحة إشارات الخلفية ومستويات الأس الهيدروجيني لتحسين قراءات تركيز الكحول. يستخدم مثبت الجهد المنخفض الجهد طرق قياس amerometric و potentiometric مع حساسية 2.5 nanoamer و 0.5 millivolt ، على التوالي.

تم بالفعل اختبار الرقاقة في المختبر على مزيج من الإيثانول في مصل بشري مخفف تحت طبقات من جلد الخنزير. يخطط العلماء الآن لإجراء تجارب على الخنازير الحية. قدم المخترعون طلب براءة اختراع لهذه التكنولوجيا.

تم تقديم المقال العلمي "BioMote Sub-1 μW متعدد الحقن للحقن المستمر للمراقبة المستمرة للكحول" في مؤتمر الدوائر المتكاملة المخصصة IEEE في سان دييغو في 10 أبريل 2018.