Патч, который отслеживает уровень гемоглобина в глубоких тканях

Команда инженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) разработала электронный патч, который может отслеживать биомолекулы в глубине тканей, включая гемоглобин. Это дает медицинским работникам беспрецедентный доступ к важнейшей информации, которая может помочь выявить опасные для жизни состояния, такие как злокачественные опухоли, дисфункции органов, кровоизлияния в мозг или кишечник и многое другое.

По словам профессора наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Шенга Сюя,

Количество и расположение гемоглобина в организме дает важнейшую информацию о перфузии крови или ее накоплении в определенных местах. Наше устройство демонстрирует большой потенциал в тщательном мониторинге групп высокого риска, позволяя в экстренных случаях проводить своевременные вмешательства.

Статью о своей новой разработке ученые опубликовали в журнале Nature Communications.

Низкая перфузия крови внутри организма может вызвать серьезные нарушения функций органов и связана с целым рядом заболеваний, включая сердечные приступы и сосудистые заболевания конечностей. В то же время аномальное скопление крови в таких областях, как мозг, брюшная полость или кисты, может указывать на церебральное или висцеральное кровоизлияние, а также на злокачественные опухоли. Непрерывный мониторинг может помочь в диагностике этих состояний и содействовать своевременному и потенциально жизненно важному вмешательству.

Новый датчик преодолевает некоторые существенные ограничения существующих методов. МРТ и рентгеновская компьютерная томография опираются на громоздкое оборудование, которое труднодоступно, и обычно предоставляют информацию о состоянии тканей в конкретный момент, что делает их непригодными для долгосрочного мониторинга биомолекул.

Новый гибкий патч удобно крепится к коже, позволяя проводить неинвазивный долгосрочный мониторинг. Он может выполнять трехмерное картирование гемоглобина с субмиллиметровым пространственным разрешением в глубоких тканях, вплоть до сантиметров под кожей, в отличие от других носимых электрохимических устройств, которые определяют биомолекулы только на поверхности кожи. Он может достигать высокой контрастности по отношению к другим тканям. Благодаря оптической избирательности он может расширить диапазон обнаруживаемых молекул, используя различные лазерные диоды с разными длинами волн, наряду с потенциальным клиническим применением.

Пластырь оснащен массивами лазерных диодов и пьезоэлектрических преобразователей, расположенных в мягкой силиконовой полимерной матрице. Лазерные диоды излучают лазерные импульсы в ткани. Биомолекулы в тканях поглощают оптическую энергию и излучают акустические волны в окружающую среду. Пьезоэлектрические преобразователи принимают акустические волны, которые обрабатываются в электрической системе для реконструкции пространственного отображения излучающих волны биомолекул. Благодаря низкой мощности лазерных импульсов этот метод также намного безопаснее, чем рентгеновские методы с ионизирующим излучением.

Основываясь на достигнутом успехе, группа планирует дальнейшее развитие устройства, включая уменьшение внутренней системы до портативного устройства для управления лазерными диодами и сбора данных, что значительно расширит его гибкость и потенциальную клиническую пользу.

Они также планируют изучить возможности носимого устройства для мониторинга температуры сердечной мышцы.