Senzor de dimensiunea unei afine monitorizează temperatura internă a corpului
În spitale sau acasă, temperatura este de obicei măsurată cu termometre orale sau pe frunte, însă acestea nu reflectă întotdeauna corect temperatura centrală a corpului.
Măsurarea temperaturii corporale din interior ar putea facilita determinarea dacă cineva este bolnav și dacă este expus riscului de a dezvolta o febră periculoasă.
Pentru a face mai fezabilă obținerea măsurătorilor de temperatură centrală, inginerii de la MIT au dezvoltat un senzor ingerabil care poate trimite actualizări continue ale temperaturii din tractul gastrointestinal.
Senzorul are forma unei afine mici, având 6 milimetri în diametru și 4 milimetri înălțime. Aceasta îl face mult mai mic decât senzorii de temperatură ingerabili existenți, care sunt mai greu de înghițit și prezintă un risc potențial de obstrucție a tractului gastrointestinal.
Un astfel de senzor ne oferă capacitatea de a monitoriza infecțiile și de a le identifica devreme. Acest lucru este foarte relevant, în special pentru populațiile aflate în risc, cum ar fi persoanele imunocompromise din cauza tratamentelor de chimioterapie sau a medicamentelor imunodepresive.
Ingerabilele ar putea permite, de asemenea, măsurători mai precise ale temperaturii pentru urmărirea fertilității și pentru monitorizarea pacienților în timpul anesteziei.
Traverso și Anantha Chandrakasan, provostul MIT și profesor Vannevar Bush de Inginerie Electrică și Informatică, sunt autorii seniori ai noului studiu. Saransh Sharma, postdoctorand la MIT, este autorul principal al lucrării, care apare astăzi în Nature Electronics.
În ultimii ani, câțiva senzori de temperatură ingerabili au devenit disponibili comercial, dar majoritatea au dimensiunea unui multivitaminic sau puțin mai mari, ceea ce le face mai greu de înghițit. Dimensiunea acestora poate, de asemenea, să crească riscul de obstrucție a tractului gastrointestinal.
Capsulele respective tind să fie mari din cauza circuitelor complexe pe care le includ, care necesită multă energie. Acea energie este furnizată de baterii relativ mari, care constituie o mare parte din volumul capsulei.
Echipa de la MIT a dorit să proiecteze senzori capabili să măsoare temperatura cu precizie, dar la o dimensiune mult mai mică.
„Motivul pentru care trebuie să fie mici este siguranța”, spune Traverso. „Vrem ceva atât de mic încât riscul de obstrucție să fie foarte redus și, de asemenea, să poată fi ușor înghițit.”
Pentru a crea un dispozitiv mai mic, cercetătorii s-au concentrat pe reducerea dimensiunii tuturor componentelor principale – circuitul de măsurare a temperaturii, antena care transmite datele de temperatură și bateria.
Pentru circuit, au creat un circuit personalizat care se poate încadra pe un cip de siliciu de 1 milimetru pătrat. Pentru a reduce consumul de energie al cipului, cercetătorii au proiectat un oscilator bazat pe curentul de pierdere – curentul mic care circulă printr-un circuit atunci când este oprit. Frecvența acestui curent variază în funcție de temperatura mediului înconjurător al cipului.
Acest circuit, care poate detecta temperatura cu o precizie de 0,01 grade Celsius, necesită foarte puțină energie – aproximativ 10 nanowați. Aceasta înseamnă că poate fi alimentat cu o baterie de tip monedă de 1,55 volți, care are un diametru de 4,8 milimetri și o grosime de aproximativ 1,6 milimetri.
Noul design reduce și mai mult consumul de energie prin utilizarea unei strategii de comunicare cunoscută sub numele de backscattering. Această abordare permite ca majoritatea cerințelor de putere să fie externalizate către o antenă externă situată în afara corpului, la un picior sau două de senzor. Antena externă emite o undă radio de frecvență ultra-înaltă, care este apoi modulatorizată de o antenă mică din interiorul senzorului și retransmisă către antena externă. Prin interpretarea modificărilor undei radio, antena externă poate calcula valoarea temperaturii.
„Am combinat toate aceste piese diferite – cipul de siliciu, bateria și antena – și le-am transformat într-o capsulă ingerabilă, care este cea mai mică capsulă ingerabilă pe care am văzut-o pentru paradigmele de măsurare a temperaturii”, spune Sharma.
Antena internă trimite o citire a temperaturii o dată la fiecare secundă, permițând monitorizarea continuă a temperaturii.
Cercetătorii își imaginează că acest tip de senzor ar putea fi util în diverse scenarii, inclusiv monitorizarea infecțiilor și observarea pacienților în timpul și după anestezie. Anestezia perturbă adesea mecanismele normale de reglementare a temperaturii corpului, ceea ce poate expune pacienții riscului de hipotermie.
Acest tip de dispozitiv ar putea fi utilizat, de asemenea, acasă, pentru monitorizarea febrelor la copii sau măsurarea temperaturii centrale ca marcator al ovulației, în scopuri de fertilitate. Ar putea fi, de asemenea, util pentru monitorizarea sportivilor, soldaților sau oricărei alte persoane expuse la temperaturi extreme.
Pentru a explora aceste posibile utilizări, cercetătorii au testat senzorii pe animale în timpul anesteziei și au constatat că aceștia puteau detecta și transmite informații despre temperatură cu precizie. De asemenea, au obținut citiri precise de la animale care erau treze și se mișcau activ.
Cercetătorii lucrează acum la combinarea senzorului de temperatură cu altele care ar putea măsura semne vitale, cum ar fi ritmul cardiac. Speră să înceapă testarea acestor tipuri de senzori în studii clinice în următorii câțiva ani.
Dacă se dovedește eficace pentru persoanele aflate în situații de risc ridicat, Traverso crede că astfel de senzori ar putea deveni utilizați pe scară largă de oricine are nevoie să își monitorizeze temperatura.
„Cred că acest lucru ar putea înlocui toate termometrele, deoarece este cea mai precisă modalitate de a lua temperatura”, spune el. „Dacă avem sisteme miniaturizate care pot fi înghițite cu ușurință și oferă date foarte precise, superioare datelor actuale, cred că ar putea fi de mare ajutor în multe feluri.”
