Un sensor subcutáneo con un tamaño de 0,85 × 1,5 mm para controlar la concentración de alcohol en la sangre contra una moneda de un centavo con un diámetro de 19 mm. Foto: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of EngineeringEl monitoreo continuo de la concentración de alcohol en sangre es una tarea importante, cuya solución puede salvar millones de vidas. Si el monitoreo se realiza automáticamente con la transmisión inalámbrica de datos, entonces dicho sensor se puede conectar fácilmente al sistema de control del automóvil, y una persona con una concentración de alcohol en la sangre superior al nivel permitido nunca se sentará al volante de un automóvil. El motor simplemente no arranca.
Además, a pedido del transportista, dichos sensores pueden enviar automáticamente información a las agencias policiales y ambulancias para responder automáticamente a concentraciones extremas de alcohol. No es ningún secreto que una proporción significativa de crímenes y suicidios graves se cometen mientras están intoxicados. Tal monitoreo también salvará muchas vidas.
Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un
biosensor implantable en miniatura de ultra baja potencia que se puede utilizar para el monitoreo continuo a largo plazo del alcohol. El chip es lo suficientemente pequeño como para implantarse en el cuerpo directamente debajo de la superficie de la piel y funciona con un dispositivo inalámbrico portátil, por ejemplo, un teléfono inteligente, un reloj inteligente u otro dispositivo portátil.
Un microcircuito en miniatura que mide 0,85 × 1,5 mm requiere solo 970 nanowatts para funcionar. La transmisión de datos se realiza mediante el método de
retrodifusión (tiempo de medición, no más de tres segundos). En principio, se puede producir una cantidad tan pequeña de energía directamente del cuerpo humano: por ejemplo, descomponiendo el azúcar en la sangre o por la diferencia de temperatura entre los circuitos internos y externos del microcircuito. O de varias fuentes de fondo: vibraciones, ondas de radio, etc. Pero en este caso, los desarrolladores han implementado la forma más fácil de obtener energía de un transmisor externo permanente, que puede ser cualquier dispositivo electrónico o electrónica portátil.
El sensor en comparación con el borde de una moneda de un centavo con un espesor de 1,55 mm. Foto: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering"El objetivo final de este trabajo es desarrollar un dispositivo de monitoreo de alcohol y drogas permanente y discreto para pacientes en programas de tratamiento de drogas",
dice el gerente del proyecto Drew Hall, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de California San Diego Jacobs. Drew Hall también trabaja con
el Wireless Center y
el Wearable Sensor Center , todos los cuales trabajan en la Universidad de California en San Diego.
Uno de los problemas para los pacientes en programas de tratamiento de adicciones es la falta de herramientas convenientes para el monitoreo continuo. La forma más común de medir los niveles de alcohol en la sangre ahora es con alcoholímetros, dispositivos bastante torpes. Para usarlos, debe ponerse en contacto con el paciente y pedirle ayuda, lo que no siempre es posible y conveniente. Además, los alcoholímetros no dan un resultado muy preciso y pueden ser engañados. Un análisis de sangre es el método más preciso, pero debe ser realizado por un especialista calificado.
Como método alternativo para medir el nivel de alcohol en la sangre, se propuso usar tatuajes especiales en el cuerpo con sensores de alcohol incorporados, pero no están exentos de inconvenientes. Tales tatuajes son fáciles de eliminar, y están destinados a un solo uso (es decir, los tatuajes en sí son temporales). Según los desarrolladores del nuevo sensor, la inyección subcutánea es la opción más confiable para el monitoreo a largo plazo y preciso de los niveles de alcohol en la sangre durante muchos meses y años.
Un sensor hipodérmico en comparación con un centavo y la punta de una aguja de biopsia que mide 16G (1.65 mm). Foto: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of EngineeringSe inserta un chip biosensor con un volumen de aproximadamente un milímetro cúbico debajo de la piel en el líquido intersticial que rodea las células del cuerpo. El sensor está recubierto con
alcohol oxidasa (EC 1.1.3.13) . Esta enzima interactúa selectivamente con el alcohol y produce despojos que pueden detectarse electroquímicamente. Las señales eléctricas se transmiten de forma inalámbrica a un dispositivo portátil adyacente, como un reloj inteligente, que también actúa como una fuente de alimentación inalámbrica para el chip. Dos sensores adicionales en el chip miden las señales de fondo y los niveles de pH para refinar las lecturas de concentración de alcohol. Un estabilizador de voltaje de bajo voltaje utiliza métodos amperométricos y potenciométricos con una sensibilidad de 2.5 nanoamer y 0.5 milivoltios, respectivamente.
El chip ya ha sido probado en el laboratorio en una mezcla de etanol en suero humano diluido bajo capas de piel de cerdo. Ahora los científicos planean realizar experimentos con cerdos vivos. Los inventores presentaron una solicitud de patente para esta tecnología.
El artículo científico
"Un BioMote Inyectable Multiparámetro Sub-1 μW para Monitoreo Continuo de Alcohol" fue presentado en la
Conferencia de Circuitos Integrados Personalizados de IEEE en San Diego el 10 de abril de 2018.