Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли разработали имплантируемый ультразвуковой датчик, который может измерять уровень кислорода в тканях глубоко внутри тела и передавать эти данные на внешнее устройство.
По словам ученых, изобретение размером меньше божьей коровки, может помочь врачам контролировать состояние пересаженных органов или использоваться для отслеживания уровня кислорода у недоношенных детей.
Снабжение кислородом имеет решающее значение для органов и тканей человеческого организма. При недостатке кислорода клетки гибнут. Этот процесс лежит в основе различных патологических явлений. Однако оценка оксигенации тканей органов, расположенных глубоко в теле, представляет собой сложную задачу.
На сегодняшний день для этого существует всего несколько технологий, однако они имеют существенные недостатки. Инфракрасное излучение проникает лишь на несколько сантиметров от поверхности тела, а магнитно-резонансная томография требует длительного процесса сканирования, что не позволяет получить данные в режиме реального времени.
«Очень сложно измерить что-то глубоко внутри тела», – говорит Мишель Махарбиз, профессор электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли. «Устройство демонстрирует, как, используя ультразвуковую технологию в сочетании с очень продуманной конструкцией интегральной схемы, вы можете создавать сложные имплантаты, которые проникают очень глубоко в ткань для получения данных от органов».
Новые имплантаты приводятся в действие с помощью ультразвуковых волн, которые могут проходить через тело. Внешний датчик передает ультразвуковые колебания, питающие крошечное имплантированное устройство. Уровень кислорода измеряется с помощью встроенных в имплантат светодиода и оптического детектора. Информация об оксигенации передается обратно на датчик в виде пакетов данных.
«Одно из возможных применений этого устройства – мониторинг трансплантации органов, поскольку через несколько месяцев после трансплантации могут возникнуть сосудистые осложнения, которые вызовут нарушения функционирования трансплантата», – говорит Сонер Сонмезоглу, со-автор изобретения. «Его также можно использовать для измерения гипоксии опухоли, что может помочь врачам контролировать лучевую терапию».
Еще одним потенциально важным применением новой технологии является ее использование для контроля уровня кислорода у недоношенных детей, поскольку врачам зачастую не хватает данных об этом показателе при принятии решений о необходимости дополнительной подачи кислорода. «Последующие миниатюрные версии этого устройства могут помочь нам лучше контролировать воздействие кислорода на недоношенных детей в отделениях интенсивной терапии и минимизировать некоторые негативные последствия чрезмерного воздействия кислорода, такие как ретинопатия недоношенных или хронические заболевания легких» – рассказал Эмин Малтепе, врач-педиатр из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
Исследователи сообщили о том, что изучение особенностей работы устройства уже было проведено в мышечных тканях овец. Учены планируют дальнейшую работу над изобретением. По их словам, изменение платформы датчика кислорода, позволит модифицированному устройству измерять такие показатели, как pH, уровень активных форм кислорода, глюкозы или углекислого газа.
