Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una miniatura, biosensor inyectable de potencia ultrabaja que se puede utilizar para Monitoreo de alcohol a largo plazo. El chip es lo suficientemente pequeño como para implantarse en el cuerpo justo debajo de la superficie de la piel y se alimenta de forma inalámbrica mediante un dispositivo portátil. como un reloj inteligente o un parche.

"El objetivo final de este trabajo es desarrollar una rutina, Dispositivo discreto de monitoreo de alcohol y drogas para pacientes en programas de tratamiento por abuso de sustancias. "dijo Drew Hall, un profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego que dirigió el proyecto. Hall también está afiliado al Centro de Comunicaciones Inalámbricas y al Centro de Sensores Usables, ambos en UC San Diego. El equipo de Hall presentó este trabajo en la Conferencia de Circuitos Integrados Personalizados (CICC) del IEEE 2018 el 10 de abril en San Diego.

Uno de los desafíos para los pacientes en los programas de tratamiento es la falta de herramientas convenientes para el monitoreo de rutina. Alcoholímetros, actualmente, la forma más común de estimar los niveles de alcohol en sangre, son dispositivos torpes que requieren la iniciación del paciente y no son tan precisos, Hall señaló. Un análisis de sangre es el método más preciso, pero debe ser realizado por un técnico capacitado. Los sensores de alcohol basados ​​en tatuajes que se pueden usar en la piel son una nueva alternativa prometedora, pero se pueden quitar fácilmente y son de un solo uso.

"Un pequeño sensor inyectable, que se puede administrar en una clínica sin cirugía, podría facilitar que los pacientes sigan un curso de monitoreo prescrito durante períodos de tiempo prolongados, "Dijo Hall.

El chip biosensor mide aproximadamente un milímetro cúbico y se puede inyectar debajo de la piel en líquido intersticial, el líquido que rodea las células del cuerpo. Contiene un sensor que está recubierto con alcohol oxidasa, una enzima que interactúa selectivamente con el alcohol para generar un subproducto que puede detectarse electroquímicamente. Las señales eléctricas se transmiten de forma inalámbrica a un dispositivo portátil cercano, como un reloj inteligente, que también alimenta el chip de forma inalámbrica. Dos sensores adicionales en el chip miden las señales de fondo y los niveles de pH. Estos se cancelan para que la lectura de alcohol sea más precisa.

Los investigadores diseñaron el chip para consumir la menor cantidad de energía posible:970 nanovatios en total, que es aproximadamente un millón de veces menos de energía que la que consume un teléfono inteligente al hacer una llamada telefónica. "No queremos que el chip tenga un impacto significativo en la duración de la batería del dispositivo portátil. Y como estamos implantando esto, no queremos que se genere mucho calor localmente dentro del cuerpo o una batería que sea potencialmente tóxica, "Dijo Hall.

Una de las formas en que el chip funciona con una potencia tan ultrabaja es transmitiendo datos a través de una técnica llamada retrodispersión. Esto ocurre cuando un dispositivo cercano como un reloj inteligente envía señales de radiofrecuencia al chip, y el chip envía datos modificando y reflejando esas señales al reloj inteligente. Los investigadores también diseñaron circuitos de lectura del sensor de potencia ultrabaja para el chip y minimizaron su tiempo de medición a solo tres segundos. resultando en un menor consumo de energía.

Los investigadores probaron el chip in vitro con una configuración que imitaba un entorno implantado. Esto involucró mezclas de etanol en suero humano diluido debajo de capas de piel de cerdo.

Para estudios futuros, los investigadores planean probar el chip en animales vivos. El grupo de Hall está trabajando con CARI Therapeutics, una startup con sede en el Qualcomm Institute Innovation Space en UC San Diego, y la Dra. Carla Marienfeld, un psiquiatra de adicciones en UC San Diego que se especializa en el tratamiento de personas con trastornos por abuso de sustancias, para optimizar el chip para el monitoreo de rehabilitación de próxima generación. El grupo de Hall está desarrollando versiones de este chip que pueden monitorear otras moléculas y medicamentos en el cuerpo.

"Esta es una tecnología de plataforma de prueba de concepto. Hemos demostrado que este chip puede funcionar con alcohol, pero imaginamos crear otros que puedan detectar diferentes sustancias de abuso e inyectar un cóctel personalizado de ellas en un paciente para proporcionar a largo plazo, seguimiento médico personalizado, "Dijo Hall.