微小的注射传感器可以提供不引人注目的长期酒精监测

加州大学圣地亚哥分校的工程师开发出一种微型，超低功率可注射生物传感器，可用于连续，长期的酒精监测。该芯片足够小，可以植入皮肤表面正下方的身体，并由可穿戴设备(如智能手表或贴片)无线供电。

“这项工作的最终目标是为物质滥用治疗计划中的患者开发一种常规的，不显眼的酒精和药物监测装置，”负责该项目的加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院电气工程教授Drew Hall说。Hall还隶属于加州大学圣地亚哥分校的无线通信中心和可穿戴传感器中心。Hall的团队于4月10日在圣地亚哥举行的2018年IEEE定制集成电路会议(CICC)上展示了这项工作。

治疗方案中患者面临的挑战之一是缺乏常规监测的便利工具。霍尔指出，呼吸分析仪是目前最常用的估计血液酒精含量的方法，它是需要患者启动的笨重装置，并不准确。验血是最准确的方法，但需要由经过培训的技术人员进行。可以佩戴在皮肤上的基于纹身的酒精传感器是一种很有前途的新选择，但它们可以很容易地去除，并且只能一次性使用。

生物传感器芯片的尺寸大约为1立方毫米，可以在间质液中注入皮肤 - 人体细胞周围的液体。它包含一个涂有酒精氧化酶的传感器，这种酶选择性地与酒精相互作用产生可以电化学检测的副产物。电信号无线传输到附近的可穿戴设备，例如智能手表，智能手表也无线地为芯片供电。芯片上的另外两个传感器测量背景信号和pH值。这些被取消以使酒精读数更准确。

研究人员设计的芯片消耗尽可能少的功率 - 总共970纳瓦，这比智能手机在拨打电话时消耗的功率大约低一百万倍。“我们不希望芯片对可穿戴设备的电池寿命产生重大影响。而且由于我们正在植入这种设备，我们不希望在体内局部产生大量热量或者电池是可能有毒，“霍尔说。

芯片在这种超低功耗下工作的方式之一是通过称为反向散射的技术传输数据。当附近的设备(如智能手表)向芯片发送射频信号时，会发生这种情况，芯片通过修改并将这些信号反射回智能手表来发送数据。研究人员还为芯片设计了超低功耗传感器读出电路，并将测量时间缩短至仅3秒，从而降低了功耗。

研究人员用一种模拟植入环境的装置在体外测试了芯片。这涉及在猪皮层下面的稀释的人血清中的乙醇混合物。

对于未来的研究，研究人员正计划在活体动物身上测试芯片。Hall的团队正在与位于加州大学圣地亚哥分校高通研究所创新空间的创业公司CARI Therapeutics以及加州大学圣地亚哥分校的成瘾精神病学家Carla Marienfeld博士合作，专门治疗药物滥用障碍患者，以优化筹码下一代康复监测。霍尔集团正在开发这种芯片的版本，可以监测体内的其他分子和药物。

“这是一种概念验证平台技术。我们已经证明这种芯片可以用于酒精，但我们设想创建其他可以检测不同滥用物质的药物，并将它们的定制混合物注入患者体内，以提供长术语，个性化医疗监测，“霍尔说。