실시간 무선 임플란트, 초소형 심부 조직 산소 모니터링 제공

엔지니어들은 피부 깊은 곳 밑 조직 산소 수준을 실시간 측정할 수 있는 작은 무선 임플란트를 만들었습니다. 평균 무당벌레보다 작은 이 장치는 초음파파로 구동되며, 체내 pH나 이산화탄소 같은 주요 생화학 마커를 추적할 수 있는 다양한 소형 센서 생성을 위한 길을 엽니다. 이 센서들은 언젠가 의사들에게 기능하는 장기 및 조직 내 생화학을 모니터링하는 최소 침습적 방법을 제공할 수 있습니다.

산소는 우리가 먹는 음식에서 에너지를 활용하는 세포 능력의 핵심 요소이며, 신체 거의 모든 조직이 생존을 위해 꾸준한 공급을 필요로 합니다. 조직 산소화를 측정하는 대부분의 방법은 신체 표면 근처에서 일어나는 일에 대한 정보만 제공할 수 있습니다. 이는 적외선 같은 전자기파에 의존하기 때문인데, 이는 피부나 장기 조직에 몇 센티미터만 침투할 수 있습니다. 심부 조직 산소화 정보를 제공하는 자기공명영상 유형도 있지만, 긴 스캔 시간이 필요하여 실시간 데이터를 제공할 수 없습니다.

초음파파는 인간 귀로 감지하기엔 너무 높은 주파수의 소리 형태로, 전자기파보다 훨씬 긴 거리를 무해하게 신체를 통과할 수 있으며 이미 의학의 초음파 영상 기술 기반입니다.

산소 센서 통합에는 작은 장치에 LED 광원과 광학 검출기를 모두 통합하고 센서 작동 및 판독을 위한 더 복잡한 전자 제어 세트를 설계하는 것이 포함되었습니다. 이 유형의 산소 센서는 혈액 내 산소 포화도를 측정하는 데 사용되는 맥박 산소측정기와 다릅니다. 맥박 산소측정기는 혈액 내 헤모글로빈 중 산소화된 비율을 측정하지만, 새 장치는 조직 내 산소량을 직접 측정할 수 있습니다.

[그림 1]은 임플란트 구조를 보여줍니다.

장치의 한 잠재적 응용은 장기 이식 모니터링입니다. 장기 이식 후 몇 달 동안 혈관 합병증이 발생할 수 있고 이는 이식편 기능 장애로 이어질 수 있습니다. 종양 저산소증 측정에도 사용될 수 있어 의사가 암 방사선 치료를 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다.

미숙아의 경우 보충 산소가 필요할 수 있지만 의사들은 조직 산소 농도의 신뢰할 수 있는 판독값이 없습니다. 이 장치의 추가 소형화 버전은 집중 치료실 미숙아의 산소 노출을 더 잘 관리하고, 미숙아 망막증이나 만성 폐질환 같은 과도한 산소 노출의 부정적 결과를 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

기술은 센서가 신체에서 장기간 생존할 수 있도록 하우징하여 개선될 수 있습니다. 장치를 더 소형화하면 현재 수술이 필요한 이식 과정을 단순화할 수 있습니다. 또한 센서의 광학 플랫폼은 체내 다른 생화학 측정에 쉽게 적응될 수 있습니다. 산소 센서를 위해 구축된 플랫폼을 변경함으로써 장치를 수정하여 예를 들어 pH, 활성산소종, 포도당, 이산화탄소 등을 측정할 수 있습니다. 패키징을 더 작게 만들면 장치를 바늘로 주사하거나 복강경 수술로 이식할 수 있어 이식이 더 쉬워집니다.