Un diminuto sensor inyectable podría proporcionar un control sobre el alcohol y las drogas
Los investigadores diseñaron el chip para consumir la menor cantidad de energía posible: 970 nanowatts en total
Ingenieros de la Universidad de California (UC) en San Diego, Estados Unidos, han desarrollado un biosensor inyectable en miniatura de potencia ultrabaja que podría utilizarse para el control continuo del alcohol a largo plazo. El chip es lo suficientemente pequeño como para ser implantado en el cuerpo justo debajo de la superficie de la piel y es alimentado de forma inalámbrica por un dispositivo portátil, como un reloj inteligente o un parche.
"El objetivo final de este trabajo es desarrollar un dispositivo de control de alcohol y drogas rutinario y discreto para pacientes en programas de tratamiento de abuso de sustancias", explica el director del proyecto, Drew Hall, profesor de Ingeniería Eléctrica en la Escuela de Ingeniería UC. Hall también está afiliado al Centro de Comunicaciones Inalámbricas y al Centro de Sensores Vestibles, ambos en UC San Diego. El equipo de Hall presentó este trabajo en la Conferencia de Circuitos Integrados a medida IEEE 2018 (CICC), que se celebra este martes en San Diego, Estados Unidos.
Uno de los desafíos para los pacientes en los programas de tratamiento es la falta de herramientas convenientes para la monitorización de rutina. Los alcoholímetros, que actualmente son la forma más común de estimar los niveles de alcohol en la sangre, son dispositivos torpes que requieren la iniciación del paciente y no son tan precisos, señala Hall. Un análisis de sangre es el método más preciso, pero debe ser realizado por un técnico capacitado.
Los sensores de alcohol que se pueden usar sobre la piel son una nueva alternativa prometedora, pero pueden eliminarse fácilmente y son de un solo uso. "Un pequeño sensor inyectable, que puede administrarse en una clínica sin cirugía, podría facilitar que los pacientes sigan un curso de monitorización prescrito durante periodos prolongados", dice Hall.
El chip biosensor mide aproximadamente un milímetro cúbico de tamaño y se puede inyectar debajo de la piel en el líquido intersticial, el fluido que rodea las células del cuerpo. Contiene un sensor recubierto con alcohol oxidasa, una enzima que interactúa selectivamente con el alcohol para generar un subproducto que puede detectarse electroquímicamente. Las señales eléctricas se transmiten de forma inalámbrica a un dispositivo portátil próximo, como un reloj inteligente, que también alimenta de forma inalámbrica el chip. Dos sensores adicionales en el chip miden señales de fondo y niveles de pH, pero se cancelan para que la lectura de alcohol sea más precisa.
CONSUME MENOS ENERGÍA QUE UNA LLAMADA DE MÓVIL
Los investigadores diseñaron el chip para consumir la menor cantidad de energía posible: 970 nanowatts en total, que es aproximadamente un millón de veces menos de la energía que consume un teléfono inteligente al hacer una llamada telefónica. "No queremos que el chip tenga un impacto significativo en la duración de la batería del dispositivo portátil. Y ya que estamos implantando esto, no queremos que se genere mucho calor localmente dentro del cuerpo o una batería que sea potencialmente tóxica", apunta Hall.
Una de las formas en que el chip funciona con esta potencia ultrabaja es mediante la transmisión de datos a través de una técnica llamada retrodispersión. Esto ocurre cuando un dispositivo cercano, como un reloj inteligente, envía señales de radiofrecuencia al chip, y el chip manda datos modificando y reflejando esas señales en el reloj inteligente.
Los investigadores también diseñaron circuitos de lectura de sensor de potencia ultrabaja para el chip y minimizaron su tiempo de medición a solo tres segundos, lo que resultó en un menor consumo de energía. Los autores del dispositivo probaron el chip in vitro con una configuración que imitaba un entorno implantado, lo que implicó mezclas de etanol en suero humano diluido debajo de capas de piel de cerdo.
Para estudios futuros, los científicos planean probar el chip en animales vivos. El grupo de Hall trabaja con CARI Therapeutics, una startup basada en el 'Qualcomm Institute Innovation Space' en UC San Diego, y la doctora Carla Marienfeld, una psiquiatra de adicciones en UC San Diego especializada en tratar a personas con trastornos por abuso de sustancias, para optimizar el chip de monitorización de rehabilitación de próxima generación. El grupo de Hall está desarrollando versiones de este chip que pueden monitorizar otras moléculas y drogas en el cuerpo.
"Esta es una plataforma tecnológica de prueba de concepto. Hemos demostrado que este chip puede funcionar para el alcohol, pero tenemos la intención de crear otros que puedan detectar diferentes sustancias de abuso e inyectar un cóctel personalizado de ellos en un paciente para proporcionarles a largo plazo término monitorización médica personalizada", adelanta Hall.
