Real-time Draadloos Implant Biedt Miniature Diep-weefsel Zuurstofmonitoring

Ingenieurs hebben een minuscule draadloze implant gemaakt die real-time metingen van weefselzuurstofniveaus diep onder de huid kan leveren. Het apparaat, dat kleiner is dan de gemiddelde lieveheersbeestje en aangedreven wordt door ultrasoongolven, baant de weg voor de creatie van een verscheidenheid aan geminimaliseerde sensoren die cruciale biochemische markers in het lichaam kunnen bijhouden zoals pH of koolstofdioxide. Deze sensoren kunnen een dag dokters minimal-invasieve methoden bieden voor het monitoren van de biochemie binnen functionerende organen en weefsels.

Zuurstof is een sleutelcomponent voor cellen om energie uit het voedsel dat we eten te halen en bijna alle weefsels in het lichaam vereisen een constante voorraad om te overleven. Meeste methoden voor het meten van weefselzuurstofverzadiging kunnen alleen informatie leveren over wat er nabij het oppervlak van het lichaam gebeurt. Dat is omdat deze methoden vertrouwen op elektromagnetische golven, zoals infrarood licht, die slechts een paar centimeter in huid- of orgaanweefsel kunnen penetreren. Terwijl er typen magnetische resonantie imaging zijn die informatie over diep-weefsel zuurstofverzadiging kunnen leveren, vereisen ze lange scantijden en zijn dus niet in staat om data in real-time te leveren.

Ultrasoon golven, een vorm van geluid te hoog in frequentie om door het menselijk oor gedetecteerd te worden, kunnen onschadelijk door het lichaam reizen op veel langere afstanden dan elektromagnetische golven en zijn al de basis van echotechnologie in de geneeskunde.

Het integreren van de zuurstofsensor omvatte het integreren van zowel een LED-lichtbron als een optische detector in het minuscule apparaat alsook het ontwerpen van een meer gecompliceerde set elektronische besturingen om de sensor te bedienen en uit te lezen. Dit type zuurstofsensor verschilt van de pulsoximeters die gebruikt worden om zuurstofverzadiging in het bloed te meten. Terwijl pulsoximeters de proportie van hemoglobine in het bloed meten die gezuurstofd is, is het nieuwe apparaat in staat om direct de hoeveelheid zuurstof in weefsel te meten.

Eén potentiële toepassing van het apparaat is om orgaantransplantaties te monitoren omdat in de maanden na orgaantransplantatie, vasculaire complicaties kunnen optreden en deze complicaties kunnen leiden tot graft dysfunction. Het kan ook gebruikt worden om tumorhypoxie te meten, wat dokters kan helpen kankerstralingstherapie te sturen.

Bij vooruitsgeboorte baby's kan supplementaire zuurstof vereist zijn maar dokters hebben geen betrouwbare weefselwaarde van zuurstofconcentratie. Verdere geminimaliseerde versies van dit apparaat kunnen helpen de zuurstofblootstelling in preterm baby's in de intensive care setting beter te managen en helpen minimaliseren van sommige van de negatieve gevolgen van excessive zuurstofblootstelling zoals retinopathie van prematuriteit of chronische longziekte.

De technologie kan verder verbeterd worden door de sensor te behuizen zodat hij lange termijn in het lichaam kan overleven. Verdere miniaturisering van het apparaat zou ook het implantatieproces vereenvoudigen, wat momenteel chirurgie vereist. Bovendien kan het optische platform in de sensor gemakkelijk aangepast worden om andere biochemie in het lichaam te meten. Door alleen het platform dat gebouwd was voor de zuurstofsensor te veranderen, kan het apparaat gewijzigd worden om te meten, bijvoorbeeld, pH, reactieve zuurstofsoorten, glucose, of koolstofdioxide. Als de verpakking kleiner gemaakt kan worden, kan het apparaat in het lichaam geïnjecteerd worden met een naald, of door laparoscopische chirurgie, wat de implantatie nog makkelijker maakt.