Дешевый электронный чип с низким энергопотреблением внедряется под кожу человека и позволяет немедленно определять концентрацию нескольких веществ в крови
Ученые Федеральной политехнической школы Лозанны (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL) разработали миниатюрный чип, представляющий собой крошечную персональную лабораторию исследования крови (Рисунок 1). Чип имплантируется под кожу человека и обеспечивает немедленный анализ веществ в организме, а дополнительный радиомодуль осуществляет передачу этих данных врачам посредством сотовой связи. Достижение такого уровня миниатюризации открывает множество потенциальных приложений, включая постоянное наблюдение за состоянием здоровья пациентов, прошедших химиотерапию.
 |
|
| Рисунок 1. |
Прототип электронного имплантата длиной всего 14 мм в объеме не превышает нескольких кубических миллиметров (Фото: EPFL). |
Человек – это настоящая химическая фабрика, его внутренние органы производят тысячи веществ, которые через кровь распределяются по всему телу. Некоторые из этих веществ могут являться индикаторами состояния здоровья человека. Команда ученых EPFL разработали миниатюрное устройство, способное анализировать концентрации этих веществ в крови. Имплантируемое непосредственно под кожу, оно может обнаружить до пяти видов белков и органических кислот одновременно и затем передать результаты на персональный компьютер врача. Такой метод проведения исследований крови, в отличие от традиционных, позволит повысить уровень персонального обслуживания пациентов. Медицинские работники теперь смогут лучше контролировать пациентов с хроническими заболеваниями или пациентов подвергающихся химиотерапии. Прототип устройства, еще на стадии эксперимента, продемонстрировал, что может надежно обнаруживать часто встречающиеся в крови вещества.
Несколько кубических миллиметров технологий
Устройство было разработано группой ученых под руководством Джованни де Микели и Сандро Каррара. В электронном имплантате, занимающем объем всего несколько кубических миллиметров, сконцентрировано несколько технологий, в его состав входит пять сенсоров, радиопередатчик и система питания (Рисунок 2). Вне тела человека используется специальный модуль (Рисунок 3), который обеспечивает питанием имплантат, получает от него данные и затем по каналу Bluetooth передает их в мобильный телефон, который, в свою очередь, отправляет их к врачу по сотовой сети (Рисунок 4). Чип излучает радиоволны в безопасном частотном диапазоне.
 |
|
| Рисунок 2. |
Прототип имплантата включает в себя пять сенсоров, радиопередатчик и систему питания (Фото: EPFL). |
Система, которая может обнаружить множество веществ в крови
При разработке чипа особое внимание уделялось сенсорам. Для определения наличия целевого вещества в теле человека, например, лактата, глюкозы или аденозинтрифосфата, поверхность каждого сенсора покрывается ферментом. «Потенциально, с помощью сенсоров мы могли бы обнаруживать все что угодно», объясняет Де Микели. «Но ферменты живут ограниченное время, а мы должны были разработать сенсоры с максимальным сроком службы». Ферменты, тестирующиеся сейчас, показывают хорошие результаты работы в течение уже полутора месяцев, такого срока будет достаточно для многих приложений.
При разработке электроники чипа также встретились значительные проблемы. «Было не так просто создать систему, для питания которой было бы достаточно мощности 1/10 Ватта», говорит Де Микели. Трудности были и при создании миниатюрной катушки, получающей энергию от внешнего модуля питания и передачи данных.
 |
|
| Рисунок 3. |
Для питания имплантата и передачи данных от него используется специальный беспроводной модуль (Фото: EPFL). |
Направление на персонализированную химиотерапию
Особая полезность миниатюрной электронной лаборатории исследования крови видится при проведении химиотерапии. В настоящее время онкологи используют периодические исследования крови пациентов для оценки переносимости ими определенной дозировки при лечении. В таких условиях очень трудно управлять оптимальной дозой. Де Микели убежден, что его система станет важным шагом на пути к более персонализированной медицине (Рисунок 4). Пациентов с хроническими заболеваниями электронные имплантаты могут предупредить об обострении еще до появления симптомов. «В общем смысле, наша система имеет огромный потенциал в случаях, когда необходимо контролировать развитие патологии или определять дозировки препаратов при лечении».
 |
|
| Рисунок 4. |
Имплантат передает данные внешнему модулю, который собирает данные и транслирует их по Bluetooth в мобильный телефон. Лечащий врач получает данные по сотовой сети на свой компьютер . |
Прототип устройства был испытан в лабораторных условиях на пяти различных веществах и зарекомендовал себя как надежный метод исследований.
