인체 깊숙한 곳에서 산소를 감지하는 초소형 무선 임플란트

엔지니어들은 피부 깊은 곳의 조직 산소 수준을 실시간으로 측정할 수 있는 작은 무선 임플란트를 만들었습니다. 평균 무당벌레보다 작고 초음파로 구동되는 이 장치는 pH나 이산화탄소와 같은 신체의 주요 생화학적 지표를 추적할 수 있는 다양한 소형 센서를 만들 수 있는 길을 열어줍니다. 이 센서는 언젠가 의사에게 기능하는 기관과 조직 내부의 생화학을 모니터링하기 위한 최소 침습 방법을 제공할 수 있습니다.

산소는 우리가 먹는 음식에서 에너지를 이용하는 세포 능력의 핵심 구성 요소이며, 신체의 거의 모든 조직은 생존을 위해 꾸준한 공급이 필요합니다. 조직 산소화를 측정하는 대부분의 방법은 신체 표면 근처에서 일어나는 일에 대한 정보만 제공할 수 있습니다. 이는 이러한 방법이 적외선과 같은 전자기파에 의존하기 때문에 피부나 장기 조직에 몇 센티미터만 침투할 수 있습니다. 심부 조직 산소화에 대한 정보를 제공할 수 있는 자기 공명 영상 유형이 있지만 긴 스캔 시간이 필요하므로 실시간으로 데이터를 제공할 수 없습니다.

인간의 귀로 감지할 수 없을 정도로 높은 주파수의 소리 형태인 초음파는 전자기파보다 훨씬 더 먼 거리에서 인체에 무해하게 이동할 수 있으며 이미 의학에서 초음파 영상 기술의 기초가 되었습니다.

산소 센서를 통합하려면 LED 광원과 광학 감지기를 작은 장치에 통합하고 센서를 작동하고 판독하기 위한 보다 복잡한 전자 제어 세트를 설계해야 했습니다. 이 유형의 산소 센서는 혈액의 산소 포화도를 측정하는 데 사용되는 맥박 산소 측정기와 다릅니다. 맥박산소측정기는 혈액 내에서 산소가 공급되는 헤모글로빈의 비율을 측정하지만 새로운 기기는 조직 내 산소량을 직접 측정할 수 있습니다.

이 장치의 한 가지 잠재적인 적용은 장기 이식 후 몇 달 안에 혈관 합병증이 발생할 수 있고 이러한 합병증이 이식 기능 장애로 이어질 수 있기 때문에 장기 이식을 모니터링하는 것입니다. 종양 저산소증을 측정하는 데에도 사용할 수 있으며, 이는 의사가 암 방사선 치료를 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다.

미숙아의 경우 보충 산소가 필요할 수 있지만 의사는 산소 농도에 대한 신뢰할 수 있는 조직 판독값을 갖고 있지 않습니다. 이 장치의 더 작은 버전은 중환자실 환경에서 미숙아의 산소 노출을 더 잘 관리하고 미숙아 망막병증이나 만성 폐 질환과 같은 과도한 산소 노출의 부정적인 결과를 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 기술은 센서가 체내에서 장기간 생존할 수 있도록 하우징을 통해 더욱 향상될 수 있습니다. 장치를 더욱 소형화하면 현재 수술이 필요한 이식 과정도 단순화할 수 있습니다. 또한 센서의 광학 플랫폼은 신체의 다른 생화학을 측정하도록 쉽게 조정할 수 있습니다. 산소 센서용으로 구축된 플랫폼을 변경하기만 하면 pH, 활성 산소 종, 포도당 또는 이산화탄소 등을 측정하도록 장치를 수정할 수 있습니다. 패키지를 더 작게 만들 수 있다면 바늘로 장치를 몸에 주입하거나 복강경 수술을 통해 이식을 훨씬 쉽게 할 수 있습니다.