Kuvittele rannekello, joka voi lukea ihosi ja veresi kemiaa ilman neulaa. Pieni, edullinen ja lähes laboratoriotason tarkkuudella. Tämä on lupaus uuden optisen spektrometrin anturin takana, jonka Cambridgen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet.
Pieni siru, suuri tarkkuus
Tiimi rakensi laitteen piinitridipohjaiselle fotoniikka-alustalle, pakaten valonohjauskomponentit ja yksinkertaiset elektroniikkapiirit pieneen tilaan. Anturi mittaa lähi-infrapunasäteilyä noin 1200–1700 nanometrin alueella ja muuntaa nuo spektraaliset sormenjäljet biokemiallisiksi lukemiksi sekunnin murto-osissa. Laboratoriotesteissä laite tunnisti eri materiaaleja lähes täydellisellä tarkkuudella ja erosi vain 0,01 prosentilla verrattuna paljon suuriin ammattimaisiin spektrometreihin.
Miksi sillä on merkitystä? Koska optisten spektrometrien pienentäminen on perinteisesti merkinnyt suorituskyvyn vaihtamista kokoon. Pienet laitteet kamppailevat usein havaitakseen hienovaraiset pitoisuussvaihtelut tai erottaakseen päällekkäisiä signaaleja. Cambridgen tutkijat ratkaisivat tämän kompromissin suunnittelemalla uudelleen sirulle integroidut fotoniset elementit säilyttäen spektraalisen resoluution samalla kun komponenttien määrä väheni. Vähemmän osia. Alemmat prosessointivaatimukset. Pienempi virrankulutus. Yksinkertaisempi valmistus.
Käytännön mittaukset: mitä se havaitsee ja missä se auttaa
Anturi on jo osoittanut luotettavia mittauksia ihon kosteudesta ja useista veriperäisistä markkereista, kuten alkoholista, glukoosista ja laktaatista. Nämä ovat juuri niitä signaaleja, joita puettavien laitteiden valmistajat ja kliinikot haluavat seurata jatkuvasti ja ei-invasiivisesti. Jatkuva glukoosin seuranta ilman implantoitavia antureita tai sormenpistoja on ollut pitkään tavoiteltu päämäärä. Tämä uusi lähestymistapa ei väitä olevan välittömästi kliininen tuote, mutta se avaa realistisen polun pitkäaikaiseen, neulattomaan seurantaan diabeetikoille.
Lämpötilan kestävyys on toinen käytännön etu. Laite säilytti vakaan suorituskyvyn -20 °C:sta aina 80 °C:een, alueen, joka ylittää monien kilpailevien pienikokoisten spektrometrien suorituskyvyn. Tällainen kestävyys on tärkeää kuluttajapuettaville laitteille, joiden on toimittava eri ilmastoissa sekä teollisuus- tai kotikäytössä, joissa lämpötilan vaihtelut ovat yleisiä.
Myös kustannukset ovat huomattavat. Tutkijat arvioivat yksikkökohtaisen valmistuskustannuksen olevan suuruusluokkaa 9 € massatuotannossa. Alhaiset materiaalikustannukset yhdessä pienentyneen tehontarpeen kanssa viittaavat siihen, että valmistajat voisivat sijoittaa tällaisia antureita älykelloihin, aktiivisuusrannekkeisiin ja erillisiin lääketieteellisiin laastareihin ilman hintojen dramaattista nousua.
On olemassa selkeitä varoituksia. Kliinisen tason validointi, pitkäaikaiset vakaustestit ja viranomaislupa ovat edelleen tarpeellisia vaiheita. Reaalimaailman puettavat laitteet tuovat lisähaasteita: liikkeen aiheuttamat häiriöt, kosketuksen vaihtelevuus iholla sekä tarve vahvoille signaalinkäsittelyalgoritmeille, jotka muuttavat spektraalidatan lääketieteellisesti merkityksellisiksi arvoiksi. Cambridgen työ käsittelee laitteistopulmaa, mutta ohjelmisto- ja kliiniset reitit ratkaisevat, kuinka nopeasti teknologia saavuttaa potilaat ja kuluttajat.
Suhteessa vastaaviin teknologioihin tämä anturi sijoittuu kasvavaan joukkoon sirulle integroitavia fotonisia ratkaisuja, jotka hyödyntävät piiyhteensopivia materiaaleja tuodakseen optisen havainnoinnin pois laboratoriosta. Toisin kuin tilaa vievät pöytätasoiset spektrometrit, integroidut fotoniikat mahdollistavat massatuotannon ja tiukemman integraation olemassa olevaan kulutuselektroniikkaan. Tällainen integraatio on ratkaisevaa, jos tavoitteena on jatkuva, laaja terveysseuranta eikä satunnainen vain klinikalla tehtävä testaus.
"Tavoitteemme oli kutistaa spektrometri kutistamatta sen kykyjä", sanoi yksi Cambridgen yliopiston johtavista tutkijoista. "Halusimme laboratoriotason tarkkuuden paketissa, joka voisi realistisesti esiintyä jokapäiväisissä laitteissa." Lausunto tiivistää tärkeän asian: laite ei ole vain pienempi. Se on suunniteltu säilyttämään mittaustarkkuus, jota kliinikot ja tutkijat tarvitsevat.
Seuraavat askeleet keskittyvät laajoihin kliinisiin tutkimuksiin, algoritmien hienosäätöön reaalimaailman liikkeen ja ihon vaihteluiden käsittelemiseksi sekä yhteistyöhön valmistajien kanssa pilottituotteiden kehittämiseksi. Jos nämä osat loksahtavat paikoilleen, tämä siru voi muodostaa hiljaisen vallankumouksen terveydenseurannassa, muuttaen spektraalivalon ajantasaiseksi ja käytännölliseksi biometriseksi tiedoksi.
"Olen tutkijatohtori fysiikan alalta ja haluan tuoda tieteen saavutukset kaikkien ulottuville. Genomissa kirjoitan selkeästi uusista keksinnöistä ja tutkimuksista."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.