Biosensor subkutan untuk pemantauan jangka panjang alkohol darah

Sebuah sensor subkutan dengan ukuran 0,85 × 1,5 mm untuk memantau konsentrasi alkohol dalam darah terhadap koin satu sen dengan diameter 19 mm. Foto: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering

Pemantauan terus menerus dari konsentrasi alkohol dalam darah adalah tugas penting, solusinya dapat menyelamatkan jutaan nyawa. Jika pemantauan dilakukan secara otomatis dengan transmisi data melalui komunikasi nirkabel, maka sensor seperti itu mudah dihubungkan ke sistem kontrol mobil - dan seseorang dengan konsentrasi alkohol dalam darah di atas tingkat yang diizinkan tidak akan pernah duduk di belakang kemudi mobil. Mesin tidak mau hidup.

Selain itu, atas permintaan pembawa, sensor tersebut dapat secara otomatis mengirim informasi ke lembaga penegak hukum dan ambulans untuk secara otomatis menanggapi konsentrasi alkohol yang ekstrem. Bukan rahasia lagi bahwa sebagian besar kejahatan serius dan bunuh diri dilakukan saat mabuk. Pemantauan seperti itu juga akan menyelamatkan banyak nyawa.

Insinyur University of California San Diego telah mengembangkan biosensor daya ultra-rendah implan miniatur yang dapat digunakan untuk pemantauan alkohol jangka panjang yang berkesinambungan. Chip ini cukup kecil untuk ditanamkan di dalam tubuh tepat di bawah permukaan kulit dan ditenagai oleh perangkat nirkabel yang dapat dipakai - misalnya, smartphone, jam tangan pintar atau perangkat yang dapat dikenakan lainnya.

Sebuah sirkuit mikro miniatur berukuran 0,85 × 1,5 mm hanya membutuhkan 970 nanowatt untuk beroperasi. Transmisi data dilakukan dengan metode backscatter (waktu pengukuran - tidak lebih dari tiga detik). Pada prinsipnya, sejumlah kecil energi dapat dihasilkan langsung dari tubuh manusia: misalnya, dengan mendekomposisi gula dalam darah, atau dengan perbedaan suhu antara sirkuit internal dan eksternal dari rangkaian mikro. Atau dari berbagai sumber latar belakang: getaran, gelombang radio, dll. Namun dalam hal ini, pengembang telah menerapkan cara termudah untuk mendapatkan energi dari pemancar eksternal permanen, yang bisa berupa gadget elektronik atau elektronik yang dapat dipakai.


Sensor dibandingkan dengan tepi koin satu sen dengan ketebalan 1,55 mm. Foto: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering

“Tujuan akhir dari pekerjaan ini adalah untuk mengembangkan alat pemantauan alkohol dan obat permanen yang tidak mengganggu bagi pasien dalam program perawatan obat,” kata manajer proyek Drew Hall, profesor teknik listrik di Fakultas Teknik UC San Diego Jacobs School of Engineering. Drew Hall juga bekerja dengan Wireless Center dan Wearable Sensor Center , yang semuanya bekerja di University of California, San Diego.

Salah satu masalah bagi pasien dalam program perawatan kecanduan adalah kurangnya alat yang mudah untuk pemantauan berkelanjutan. Cara yang paling umum untuk mengukur kadar alkohol dalam darah sekarang adalah dengan alat bantu pernapasan, alat yang agak canggung. Untuk menggunakannya, Anda perlu melakukan kontak dengan pasien dan meminta bantuannya, yang tidak selalu mungkin dan nyaman untuk dilakukan. Selain itu, Breathalyzer tidak memberikan hasil yang sangat akurat, dan mereka bisa dibodohi. Tes darah adalah metode yang paling akurat, tetapi harus dilakukan oleh spesialis yang berkualifikasi.

Sebagai metode alternatif untuk mengukur kadar alkohol dalam darah, diusulkan untuk menggunakan tato khusus pada tubuh dengan sensor alkohol bawaan, tetapi mereka bukan tanpa kekurangan. Tato seperti itu mudah dihilangkan - dan dimaksudkan untuk penggunaan satu kali saja (yaitu, tato itu sendiri bersifat sementara). Menurut pengembang sensor baru, injeksi subkutan adalah pilihan paling andal untuk pemantauan jangka panjang dan akurat kadar alkohol dalam darah selama berbulan-bulan dan bertahun-tahun.


Sensor hipodermik dibandingkan dengan satu sen dan ujung jarum biopsi berukuran 16G (1,65 mm). Foto: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering

Sebuah chip biosensor dengan volume sekitar satu milimeter kubik dimasukkan di bawah kulit ke dalam cairan interstitial yang mengelilingi sel-sel tubuh. Sensor dilapisi dengan alkohol oksidase (EC 1.1.3.13) . Enzim ini secara selektif berinteraksi dengan alkohol dan menghasilkan jeroan yang dapat dideteksi secara elektrokimia. Sinyal listrik ditransmisikan secara nirkabel ke perangkat dpt dipakai yang berdekatan, seperti jam tangan pintar, yang juga bertindak sebagai sumber daya nirkabel untuk chip. Dua sensor tambahan pada chip mengukur sinyal latar belakang dan tingkat pH untuk memperbaiki pembacaan konsentrasi alkohol. Penstabil tegangan tegangan rendah menggunakan metode amperometrik dan potensiometri dengan sensitivitas masing-masing 2,5 nanoamer dan 0,5 milivolt.

Chip tersebut telah diuji di laboratorium pada campuran etanol dalam serum manusia yang diencerkan di bawah lapisan kulit babi. Sekarang para ilmuwan berencana untuk melakukan percobaan pada babi hidup. Para penemu mengajukan aplikasi paten untuk teknologi ini.

Artikel ilmiah “Sub-1 μW Multiparameter Suntik BioMote untuk Pemantauan Alkohol Berkelanjutan” dipresentasikan pada Konferensi Sirkuit Terpadu IEEE Custom di San Diego pada 10 April 2018.