Sensor fotoakustik yang mampu memantau hemoglobin jauh di bawah kulit dapat membantu dokter mendiagnosis tumor, malfungsi organ, dan lainnya. Kredit: Xiaoxiang Gao untuk Sekolah Teknik Jacobs di UC San Diego
Sebuah tim insinyur di University of California San Diego telah mengembangkan tambalan elektronik yang dapat memantau biomolekul di jaringan dalam, termasuk hemoglobin. Ini memberi para profesional medis akses yang belum pernah terjadi sebelumnya ke informasi penting yang dapat membantu menemukan kondisi yang mengancam jiwa seperti tumor ganas, disfungsi organ, pendarahan otak atau usus, dan banyak lagi.
“Jumlah dan lokasi hemoglobin dalam tubuh memberikan informasi penting tentang perfusi atau akumulasi darah di lokasi tertentu. Perangkat kami menunjukkan potensi besar dalam pemantauan ketat kelompok berisiko tinggi, memungkinkan intervensi tepat waktu pada saat-saat mendesak,” kata Sheng Xu, seorang profesor. nanoengineering di UC San Diego dan penulis studi yang sesuai.
Makalah, “Sebuah tambalan fotoakustik untuk pencitraan tiga dimensi hemoglobin dan suhu inti,” diterbitkan dalam Nature Communications edisi 15 Desember 2022.
Perfusi darah yang rendah di dalam tubuh dapat menyebabkan disfungsi organ yang parah dan berhubungan dengan berbagai penyakit, termasuk serangan jantung dan penyakit pembuluh darah pada ekstremitas. Pada saat yang sama, akumulasi darah abnormal di area seperti di otak, perut, atau kista dapat mengindikasikan perdarahan serebral atau visceral atau tumor ganas. Pemantauan berkelanjutan dapat membantu diagnosis kondisi ini dan membantu memfasilitasi intervensi yang tepat waktu dan berpotensi menyelamatkan jiwa.
Sensor baru mengatasi beberapa batasan signifikan dalam metode pemantauan biomolekul yang ada. Pencitraan resonansi magnetik (MRI) dan tomografi terkomputasi sinar-X bergantung pada peralatan besar yang sulit diperoleh dan biasanya hanya memberikan informasi tentang status langsung molekul, yang membuatnya tidak cocok untuk pemantauan biomolekul jangka panjang.
“Pemantauan berkelanjutan sangat penting untuk intervensi tepat waktu untuk mencegah kondisi yang mengancam jiwa memburuk dengan cepat,” kata Xiangjun Chen, Ph.D. siswa dalam kelompok Xu dan rekan penulis studi. “Perangkat yang dapat dipakai berdasarkan elektrokimia untuk deteksi biomolekul, tidak terbatas pada hemoglobin, adalah kandidat yang baik untuk aplikasi pemantauan yang dapat dipakai dalam jangka panjang. Namun, teknologi yang ada hanya mencapai kemampuan deteksi permukaan kulit.”
Tambalan yang dapat dikenakan dengan faktor bentuk rendah dan fleksibel menempel dengan nyaman pada kulit, memungkinkan pemantauan biomolekul noninvasif jangka panjang jauh di bawah kulit. Kredit: Xiaoxiang Gao untuk Sekolah Teknik Jacobs di UC San Diego
Patch baru, fleksibel, faktor bentuk rendah yang dapat dikenakan dengan nyaman menempel pada kulit, memungkinkan pemantauan jangka panjang non-invasif. Ia dapat melakukan pemetaan hemoglobin tiga dimensi dengan resolusi spasial submilimeter di jaringan dalam, hingga sentimeter di bawah kulit, dibandingkan perangkat elektrokimia lain yang dapat dipakai yang hanya mendeteksi biomolekul di permukaan kulit. Itu dapat mencapai kontras tinggi ke jaringan lain. Karena selektivitas optiknya, ia dapat memperluas jangkauan molekul yang dapat dideteksi, mengintegrasikan dioda laser yang berbeda dengan panjang gelombang yang berbeda, bersama dengan aplikasi klinis potensial.
Tambalan ini dilengkapi dengan rangkaian dioda laser dan transduser piezoelektrik dalam matriks polimer silikon lunaknya. Dioda laser memancarkan laser berdenyut ke dalam jaringan. Biomolekul dalam jaringan menyerap energi optik, dan memancarkan gelombang akustik ke media sekitarnya.
“Transduser piezoelektrik menerima gelombang akustik, yang diproses dalam sistem kelistrikan untuk merekonstruksi pemetaan spasial dari biomolekul yang memancarkan gelombang,” kata Xiaoxiang Gao, seorang peneliti postdoctoral di lab Xu dan rekan penulis studi tersebut.
“Dengan pulsa laser berdaya rendah, ini juga jauh lebih aman daripada teknik sinar-X yang memiliki radiasi pengion,” kata Hongjie Hu, seorang peneliti postdoctoral di grup Xu dan rekan penulis studi.
Berdasarkan keberhasilannya sejauh ini, tim berencana untuk mengembangkan perangkat lebih lanjut, termasuk menyusutkan sistem pengontrol backend menjadi perangkat berukuran portabel untuk penggerak dioda laser dan akuisisi data, sangat memperluas fleksibilitas dan potensi utilitas klinisnya.
Mereka juga berencana untuk mengeksplorasi potensi perangkat yang dapat dikenakan untuk pemantauan suhu inti. “Karena amplitudo sinyal fotoakustik sebanding dengan suhu, kami telah mendemonstrasikan pemantauan suhu inti pada percobaan ex-vivo,” kata Xu. “Namun, memvalidasi pemantauan suhu inti pada tubuh manusia membutuhkan kalibrasi intervensi.”
Mereka terus bekerja dengan dokter untuk mengejar aplikasi klinis yang lebih potensial.
Informasi lebih lanjut: Xiaoxiang Gao et al, A photoacoustic patch for three-dimensional imaging of hemoglobin and core temperature, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35455-3 Disediakan oleh University of California – San Diego
Kutipan: Patch kulit yang dapat dikenakan memantau hemoglobin di jaringan dalam (2022, 16 Desember) diambil 17 Desember 2022 dari https://medicalxpress.com/news/2022-12-wearable-skin-patch-hemoglobin-deep.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.