Kleine subcutane implantaten die continu iemands bloedglucose, hartslag en andere fysiologische aandoeningen kunnen meten, zijn een heilige graal van de moderne geneeskunde. Een team van NUS-onderzoekers heeft onlangs een enorme sprong gemaakt om deze droom dichter bij de realiteit te brengen. Ze ontwikkelden een nieuwe draadloze lezer die zo gevoelig is voor minieme veranderingen in de metingen van een sensor dat het mogelijk wordt om sub-millimeter microsensoren te creëren, klein genoeg om onder de huid te worden geïnjecteerd.
De huidige inspanningen om deze microsensoren klein te maken, werden grotendeels belemmerd door technologische beperkingen. Deze sensoren zijn te klein om te worden gevoed door een batterij, dus vereisen ze een sensorlezer in de buurt om voortdurend signalen zoals chemische of drukveranderingen met behulp van magnetische velden te detecteren. Wil een lezer de signalen begrijpen, dan moet de sensor groot genoeg zijn om een sterk signaal in de lezer te creëren. Tot nu toe hebben onderzoekers geen levensvatbare microsensoren van minder dan 1 millimeter kunnen maken.
Het team van NUS Electrical and Computer Engineering en het NUS Institute for Health Innovation and Technology , onder leiding van universitair docent John Ho, ontwikkelde een nieuwe manier om het signaal te meten, door de draadloze lezer te kalibreren om op een uitzonderlijk punt te werken. Dit is een speciale toestand waarbij de lezer extreem gevoelig wordt voor objecten in de buurt. Het resultaat is dat de nieuwe lezer zo gevoelig is – drie keer gevoeliger dan bestaande lezers – dat hij zelfs de kleine signalen kan lezen die worden uitgezonden door de microsensoren van minder dan een millimeter.
Het team heeft een werkend prototype van de lezer ontwikkeld dat een microsensor kan aflezen met een diameter van 0,9 millimeter terwijl deze met een spuit onder de huid wordt geïmplanteerd. In laboratoriumexperimenten kon de lezer de ademhalingssnelheid en hartslag volgen door subtiele bewegingen van de batterijloze microsensor te detecteren.
De geavanceerde draadloze technologie ontwikkeld door Asst Prof John Ho (links) en promovendus Dong Zhenya (rechts) kan implanteerbare microsensoren detecteren. Een van de microsensoren wordt weergegeven op de vinger van Mr Dong.
Het duurde twee jaar onderzoek door het team, van februari 2017 tot januari 2019, om deze innovatieve microsensor te ontwikkelen. De prestatie van het team werd in augustus 2019 gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Electronics .
“We hopen dat onze doorbraak een voorloper zal zijn voor de toekomst van minimaal invasieve oplossingen voor gezondheidsmonitoring waarbij patiënten onmiddellijk worden gewaarschuwd wanneer hun fysiologische aandoeningen zoals hartslag en bloedglucose een kritieke drempel overschrijden,” zei Asst Prof Ho.
“Nu we de levensvatbaarheid van onze lezer hebben bewezen, is de volgende stap het ontwikkelen van een reeks passieve (batterijloze) microsensoren die verschillende fysiologische parameters kunnen controleren, zoals glucose, bio-elektrische activiteit en bloedchemie,” voegde hij eraan toe.
Bron: Persbericht National University of Singapore