Подкожный биосенсор для долгосрочного мониторинга алкоголя в крови


    Подкожный сенсор размером 0,85×1,5 мм для мониторинга концентрации алкоголя в крови на фоне одноцентовой монеты с диаметром 19 мм. Фото: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

    Постоянный мониторинг концентрации алкоголя в крови — важная задача, решение которой может спасти миллионы жизней. Если мониторинг осуществляется автоматически с передачей данных по беспроводной связи, то такой сенсор легко подключить в систему управления автомобилем — и больше никогда за руль автомобиля не сядет человек с концентрацией алкоголя в крови выше допустимого уровня. Двигатель просто не заведётся.

    Более того, по желанию носителя такие сенсоры могут автоматически отправлять информацию в правоохранительные органы и в скорую помощь для автоматического реагирования на предельные концентрации алкоголя. Не секрет, что значительная доля тяжких преступлений и самоубийств совершается в состоянии алкогольного опьянения. Такой мониторинг тоже спасёт многие жизни.

    Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали миниатюрный имплантируемый биосенсор сверхнизкой мощности, который может использоваться для непрерывного долгосрочного мониторинга алкоголя. Чип достаточно мал, чтобы имплантироваться в тело прямо под поверхностью кожи и питается от беспроводного носимого устройства — например, от смартфона, умных часов или другого носимого устройства.

    Миниатюрная микросхема размером 0,85×1,5 мм требует всего 970 нановатт для работы. Передача данных осуществляется методом обратного рассеяния (время измерения — не более трёх секунд). В принципе, такое малое количество энергии можно добывать непосредственно из тела человека: например, разлагая сахар в крови, или по разнице температур между внутренним и внешним контуром микросхемы. Или из различных фоновых источников: вибрация, радиоволны и проч. Но в данном случае разработчики реализовали самый простой способ получения энергии от постоянного внешнего передатчика, коим может выступать любой электронный гаджет или носимая электроника.


    Сенсор по сравнению с ребром одноцентовой монеты толщиной 1,55 мм. Фото: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

    «Конечная цель этой работы — разработать постоянное, ненавязчивое устройство мониторинга алкоголя и наркотиков для пациентов в программах лечения наркомании, — говорит руководитель проекта Дрю Холл (Drew Hall), профессор электротехники инженерной школы UC San Diego Jacobs. Дрю Холл также сотрудничает с Центром беспроводной связи и Центром носимых сенсором, которые работают при Калифорнийском университете в Сан-Диего.

    Одна из проблем для пациентов в программах лечения зависимости — отсутствие удобных инструментов для постоянного мониторинга. Наиболее распространённый сейчас способ оценки уровня алкоголя в крови — это алкотестеры, довольно неуклюжие устройства. Для их использования нужно вступить в контакт с пациентом и попросить его о содействии, что не всегда возможно и удобно сделать. К тому же алкотестеры дают не очень точный результат, и их можно обмануть. Анализ крови — наиболее точный метод, но его должен выполнять квалифицированный специалист.

    В качестве альтернативного метода измерения уровня алкоголя в крови предлагалось использовать специальные татуировки на теле со встроенными сенсорами алкоголя, однако и они не лишены недостатков. Такие татуировки легко удалить — и они предназначены для одноразового использования (то есть сами татуировки временные). По мнению разработчиков нового сенсора, подкожная инъекция — самый надёжный вариант для долговременного и точного отслеживания уровня алкоголя в крови на протяжении многих месяцев и лет.


    Подкожный сенсор по сравнению с пенни и остриём биопсийной иглы размером 16G (1,65 мм). Фото: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

    Чип биосенсора объёмом около одного кубического миллиметра вводится под кожу в интерстициальную жидкость, которая окружает клетки организма. Датчик покрыт алкогольоксидазой (КФ 1.1.3.13). Этот энзим выборочно взаимодействует с спиртом и производит субпродукт, который можно электрохимически обнаружить. Электрические сигналы передаются по беспроводной сети на соседнее носимое устройство, вроде умных часов, которое одновременно выступает источником беспроводного электропитания для чипа. Два дополнительных датчика на чипе измеряют фоновые сигналы и уровни pH, чтобы уточнить показатели по концентрации алкоголя. Маломощный стабилизатор напряжения использует амперометрические и потенциометрические методы с чувствительностью 2,5 наноамепр и 0,5 милливольт, соответственно.

    Микросхему уже протестировали в лаборатории на смеси этанола в разбавленной человеческой сыворотке под слоями кожи свиньи. Теперь учёные планируют провести опыты на живых свиньях. Изобретатели подали патентную заявку на эту технологию.

    Научная статья “A Sub-1 μW Multiparameter Injectable BioMote for Continuous Alcohol Monitoring” представлена 10 апреля 2018 года на конференции IEEE Custom Integrated Circuits Conference в Сан-Диего.
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 19
      +1
      Если мониторинг осуществляется автоматически с передачей данных по беспроводной связи, то такой сенсор легко подключить в систему управления автомобилем — и больше никогда за руль автомобиля не сядет человек с концентрацией алкоголя в крови выше допустимого уровня. Двигатель просто не заведётся.
      Заголовок спойлера

        0
        Скорее это будет так:
        Костюм для вечеринок будущего
        image
        0
        Теперь учёные планируют провести опыты на живых свиньях. Изобретатели подали патентную заявку на эту технологию.

        Вот предстоит эксперимент в котором "пьяная свинья" будет констатацией а не оскорблением...


        А по сути, что то мне не хочется в себя пихать всякие железки, тем более за одной пойдут другие "великолепные" устройства призванные облегчить нам жизнь и заодно улучшить контроль над людьми...

          0
          Может быть использовано для слежением за злостными алко-водителями, по решению суда в добровольно принудительном порядке.
            0
            Скорее только в добровольном, в обмен на некоторые плюшки: для нарушивших — уменьшение наказания, для прочих — возможны варианты, от скидки на страховку/лечение до повышения социального рейтинга (Китай).
            Если человек против — то скорее всего электрошокер решит проблему…
              +1
              Увы, но могут быть (и, скорее всего, рано или поздно будут) и другие варианты типа: не вживишь — работу водителем/пилотом/кем-там-еще фиг получишь.
              С одной стороны, конечно, логично — есть профессии, где алкоголь неуместен. Но в стиле киберпанка можно предположить, что это зайдет и на другие профессии, и, возможно, станет необходимым там, где это не так необходимо, и вообще фиг знает что именно там этот чип собирает… Да и не забываем про то, что даже самые приватные данные имеют свойство иногда утекать…

              Вобщем, будем надеяться, что большого смысла в этом устройстве не будет, т.к. все специальности, где критично наличие алкоголя заменят роботы. А злые корпорации не смогут пролоббировать поголовное чипирование непонятно чем и непонятно зачем.

              Ну, или вообще наступит сингулярность, и смысл существования мешков с мясом станет не столь существеннен в глобальном масштабе :-)
                +1
                Главное чтобы дистанционно не детонировал голову.
          0
          Что только не придумают вместо того. чтоб просто не пьянствовать.
            +1
            а можно такой же, только для инсулина? сколько людей спасибо бы сказало…
              0
              Давно уже есть подобные системы с мониторингом и автоиньекцией, но цены…
                –1
                Да кому нужны эти несчастные несколько сотен миллионов диабетиков? Тут же речь о поголовном внедрении анальных зондов контроле социального поведения, а это можно дорого продать заинтересованным корпорациям. А какая замечательная возможность таргетированной рекламы. Как поступил сигнал, что клиент за компьютером навеселе — ему сразу можно что-нить продать ненужное.
                //sarcasm off
                0
                Это будет удар по услуге «трезвый водитель».
                  0
                  Интересно предусмотрена процедура удаления чипа по завершению программы реабилитации алкоголиков/наркоманов или он будет вечно болтаться под кожей?
                    0
                    Датчик химический и видимо определяет алкоголь в крови только несколько раз, пока активный компонент целиком не прореагирует с алкоголем, ну или достаточно как следует надраться и привести датчик в негодность.
                      0
                      В статье говорится про энзим, который способствует разложению спирта в условиях человеческого тела. Энзимы — это органичечские катализаторы, при соблюдении условий хранения они не расходуются при реакции, только ускоряют её, если она в принципе может произойти в данных условиях (т.е. она энергетически выгодна).
                      0
                      Уж лучше бы уровень сахара мерили. Было бы куда полезнее.
                        0
                        Я просто оставлю это здесь

                        image

                        Как они будут отличать пассажира от водителя? Постоянно проверять и гасить движок? А не бояться потушить его во время движения или в пробке?

                        У меня уже сейчас умная машина блокирует часть настроек панели т.к. «остановитесь, поставьте машину на тормоз и только тогда мы позволим вам присоединить телефон по bluetooth».
                        Снять показания датчика пассажирского сиденья и понять, что рядом пассажир умные инженеры умной машины не додумались. Ну или нельзя выключить фары, если уже выключен движок. И примеров тьма.

                        Современная машина и так уже становится напичкана весьма странными автоматическими ограничениями для\от идиотов, которые придуманы заботливыми генераторами идей, а реализованы трудолюбивыми загорелыми руками самого IT-шного полуострова.
                          0
                          «Добывать энергию разлагая сахар в крови» — так можно и уровень сахара в итоге регулировать, плюс энергия на другие работы будет.
                            0
                            Более того, по желанию носителя такие сенсоры могут автоматически отправлять информацию в правоохранительные органы и в скорую помощь для автоматического реагирования на предельные концентрации алкоголя.

                            добровольный осознанный носитель добровольно и осознанно подтверждает отсутствие самоконтроля и полагается на внешний контроль, на современный аналог пояса верности? так если ты такой добровольный и осознанный, просто не пей)

                            алкотестеры, довольно неуклюжие устройства. Для их использования нужно вступить в контакт с пациентом и попросить его о содействии, что не всегда возможно и удобно сделать.

                            добровольно в трубочку дуть не хочет, а чип присунуть себе всегда пожалуйста, выпишите два!

                            разработать постоянное, ненавязчивое устройство мониторинга алкоголя и наркотиков

                            мастера новояза и двоемыслия). и чип рядом с надписью «liberty» ну прям совсем тонко.

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                            Самое читаемое