Gli ingegneri dell'Università della California a San Diego hanno sviluppato una miniatura, biosensore iniettabile a bassissima potenza che potrebbe essere utilizzato per monitoraggio dell'alcol a lungo termine. Il chip è abbastanza piccolo da essere impiantato nel corpo appena sotto la superficie della pelle ed è alimentato in modalità wireless da un dispositivo indossabile, come uno smartwatch o una patch.

"L'obiettivo finale di questo lavoro è sviluppare una routine, dispositivo discreto di monitoraggio di alcol e droghe per i pazienti nei programmi di trattamento dell'abuso di sostanze, " ha detto Drew Hall, un professore di ingegneria elettrica presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego che ha guidato il progetto. Hall è anche affiliata al Center for Wireless Communications e al Center for Wearable Sensors, entrambi all'UC San Diego. Il team di Hall ha presentato questo lavoro alla IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC) del 2018 il 10 aprile a San Diego.

Una delle sfide per i pazienti nei programmi di trattamento è la mancanza di strumenti convenienti per il monitoraggio di routine. Etilometro, attualmente il modo più comune per stimare i livelli di alcol nel sangue, sono dispositivi goffi che richiedono l'intervento del paziente e non sono così accurati, Sala ha notato. Un esame del sangue è il metodo più accurato, ma deve essere eseguita da un tecnico qualificato. I sensori di alcol basati su tatuaggi che possono essere indossati sulla pelle sono una nuova alternativa promettente, ma possono essere facilmente rimossi e sono solo monouso.

"Un minuscolo sensore iniettabile, che può essere somministrato in una clinica senza intervento chirurgico, potrebbe rendere più facile per i pazienti seguire un corso di monitoraggio prescritto per lunghi periodi di tempo, "Ha detto Sala.

Il chip del biosensore misura circa un millimetro cubo e può essere iniettato sotto la pelle nel fluido interstiziale, il fluido che circonda le cellule del corpo. Contiene un sensore rivestito con alcol ossidasi, un enzima che interagisce selettivamente con l'alcol per generare un sottoprodotto che può essere rilevato elettrochimicamente. I segnali elettrici vengono trasmessi in modalità wireless a un dispositivo indossabile nelle vicinanze come uno smartwatch, che alimenta anche in modalità wireless il chip. Due sensori aggiuntivi sul chip misurano i segnali di fondo ei livelli di pH. Questi vengono cancellati per rendere più accurata la lettura dell'alcol.

I ricercatori hanno progettato il chip per consumare meno energia possibile:970 nanowatt in totale, che è circa un milione di volte in meno di energia consumata da uno smartphone quando si effettua una telefonata. "Non vogliamo che il chip abbia un impatto significativo sulla durata della batteria del dispositivo indossabile. E poiché lo stiamo impiantando, non vogliamo che molto calore venga generato localmente all'interno del corpo o una batteria potenzialmente tossica, "Ha detto Sala.

Uno dei modi in cui il chip funziona con una potenza così bassa è la trasmissione dei dati tramite una tecnica chiamata backscattering. Ciò si verifica quando un dispositivo nelle vicinanze come uno smartwatch invia segnali a radiofrequenza al chip, e il chip invia i dati modificando e riflettendo quei segnali allo smartwatch. I ricercatori hanno anche progettato circuiti di lettura del sensore a bassissima potenza per il chip e hanno ridotto al minimo il tempo di misurazione a soli tre secondi, con conseguente minor consumo di energia.

I ricercatori hanno testato il chip in vitro con una configurazione che imitava un ambiente impiantato. Ciò ha comportato miscele di etanolo nel siero umano diluito sotto strati di pelle di maiale.

Per studi futuri, i ricercatori stanno progettando di testare il chip su animali vivi. Il gruppo di Hall sta lavorando con CARI Therapeutics, una startup con sede nel Qualcomm Institute Innovation Space dell'UC San Diego, e la Dott.ssa Carla Marienfeld, uno psichiatra delle dipendenze presso l'UC San Diego specializzato nel trattamento di individui con disturbi da abuso di sostanze, per ottimizzare il chip per il monitoraggio della riabilitazione di nuova generazione. Il gruppo di Hall sta sviluppando versioni di questo chip in grado di monitorare altre molecole e farmaci nel corpo.

"Questa è una piattaforma tecnologica di prova del concetto. Abbiamo dimostrato che questo chip può funzionare per l'alcol, ma prevediamo di crearne altri in grado di rilevare diverse sostanze di abuso e di iniettarne un cocktail personalizzato in un paziente per fornire a lungo termine, monitoraggio medico personalizzato, "Ha detto Sala.