per IoT indossabili di nuova generazione
1.Prima di tutto
Dispositivi indossabili, reti di sensori, IoT, cloud medici, ecc. stanno diventando attivi nei settori dell’assistenza medica e delle scienze sanitarie.
Sono necessari dispositivi e tecnologie di sensori che misurano le informazioni biometriche in tempo reale, ma in futuro sarà un grosso problema acquisire e informatizzare le informazioni biochimiche/biochimiche.
In particolare, è efficace la “misurazione non invasiva” che non danneggia l’organismo senza raccogliere il sangue, e attirano l’attenzione le informazioni biologiche contenute nelle lacrime, nella saliva, nel biogas, ecc. Inoltre, per realizzare un monitoraggio biochimico inconscio, è importante sviluppare un dispositivo che sia facile da indossare sul corpo e che abbia un’eccellente biocompatibilità e che immagini la bioinformazione senza contatto.
Naturalmente, per queste tecnologie di sviluppo e misurazione di dispositivi, è necessario costruire un biodispositivo altamente funzionale che integri tecnologie MEMS e biosensori.
In questo articolo spiegheremo i “sensori cavitas” che possono essere collegati a “cavità” come il sacco lacrimale e la cavità orale per misurare lacrime e saliva.
Inoltre, ai fini della misurazione altamente sensibile del gas biologico derivato da malattie e metabolismo, abbiamo introdotto un sensore di gas biochimico (biosnifa) che utilizza enzimi metabolici e un sistema di imaging del gas biologico (fotocamera sniffing), e la possibilità di non invasivo biosensore Viene mostrato.
2. Sensore cavitas attaccato alla cavità del corpo vivente
Il corpo ha molte cavità (cavitas) come la cavità orale, la cavità nasale, la cavità faringea e il sacco congiuntivale, e lenti a contatto e paradenti che utilizzano la cavità sono già ampiamente utilizzati nella società.
Aggiungendo una funzione sensore a questi, è possibile misurare le informazioni biochimiche, chimiche e biologiche contenute nelle lacrime e nella saliva e applicarle alle cure mediche quotidiane come la gestione della salute, la prevenzione e il monitoraggio delle malattie.
Di seguito verranno descritti in dettaglio il “sensore di glucosio del tipo a lente a contatto morbida” che può essere collegato al sacco congiuntivale e il “sensore di tipo paradenti” che può essere collegato alla cavità orale.
2.1 Sensore di glucosio a lenti a contatto morbide
Il numero di persone affette da diabete aumenta di anno in anno ed è diventato un grave problema sociale non solo nei paesi sviluppati ma anche nei paesi in via di sviluppo. Nella misurazione della glicemia, è comune un metodo di automonitoraggio che utilizza un semplice dispositivo di misurazione, ma il prelievo di sangue è un onere pesante e vi è il rischio di malattie infettive.
Attualmente sono allo studio vari metodi di misurazione e sono allo studio anche metodi che utilizzano vari fluidi corporei (lacrime, saliva, ecc.) Che correlano con i livelli di glucosio nel sangue.
Pertanto, abbiamo sviluppato un biosensore a forma di lente a contatto (SCL) con un’eccellente flessibilità, misurato le variazioni del glucosio lacrimale in tempo reale e studiato la possibilità di valutazione della glicemia.
Nello sviluppo del biosensore di tipo SCL, poiché è attaccato all’occhio per monitorare le lacrime, come materiale di base è stato utilizzato il polidimetilsilossano (PDMS) utilizzato nelle apparecchiature mediche.
Successivamente, è stato formato un elettrodo a film sottile sulla lente polimerica e la glucosio ossidasi (GOD) è stata immobilizzata sulla parte sensibile all’elettrodo per formare un sensore di glucosio [1,2] .
Il film dell’elettrodo è stato formato formando uno schema di Pt e Ag sulla superficie convessa della lente a contatto tramite uno stencil a film sottile mediante un metodo di sputtering del fascio di ioni per formare un elettrodo di lavoro di Pt e un elettrodo di Ag. Per l’immobilizzazione enzimatica, è stato utilizzato un polimero MPC biocompatibile (polimero 2-metacriloilossietilfosforilcolina) per immobilizzare il GOD sulla porzione sensibile all’elettrodo per formare un sensore di glucosio flessibile di tipo SCL (Fig. 1).
Il sensore di tipo SCL prodotto ha un’elevata flessibilità non solo nella lente a contatto ma anche nella parte dell’elettrodo, l’elettrodo non si stacca o si verificano crepe anche con sollecitazioni di flessione e viene mantenuta un’elevata adesione alla lente a contatto. misurazione elettrochimica. Quando sono state studiate le caratteristiche di questo sensore, è stato possibile quantificare il glucosio tra 0,03 e 5,0 mmol/L, inclusa la concentrazione di zucchero lacrimale (da 0,05 a 0,36 mmol/L).
Successivamente, è stato prodotto un sensore di tipo SCL in cui elettrodi, fili conduttori e terminali sono stati integrati da PDMS e la parte sensibile è stata attaccata alla parte oculare di un coniglio bianco giapponese ed è stata eseguita la misurazione continua del glucosio lacrimale. Nell’esperimento, un sensore di tipo SCL è stato collegato al lagoftalmo non anestetizzato e, dopo somministrazione orale di glucosio (1 g / peso corporeo 1 kg), sono stati esaminati i cambiamenti nella concentrazione di zucchero lacrimale. Per confronto, il sangue è stato raccolto dalla vena auricolare e la variazione del livello di glucosio nel sangue è stata misurata con un kit di valutazione della glicemia disponibile in commercio.
La FIGURA 2 mostra i risultati della misurazione della lacerazione in un coniglio. Come si può vedere da questa figura, il livello di glucosio nel sangue ha iniziato ad aumentare immediatamente dopo la somministrazione orale di glucosio e ha raggiunto il picco circa 45 minuti dopo la somministrazione, mentre l’uscita del sensore di tipo SCL è stata ritardata di diversi minuti. e diminuito dopo aver raggiunto un picco. Da questo risultato, è stato suggerito che il sensore di tipo SCL può monitorare la concentrazione di zucchero lacrimale e, sebbene vi sia un ritardo temporale, è possibile valutare il livello di glucosio nel sangue in base allo zucchero lacrimale.
In futuro sarà necessario sviluppare apparecchiature di comunicazione a film sottile e sistemi energetici. La tecnologia sviluppata può essere applicata allo sviluppo di dispositivi di tutte le forme che richiedono biocompatibilità e può essere applicata non solo all’occhio, ma anche alla superficie della pelle, alla cavità orale e persino ai dispositivi per l’impianto nel corpo.
Nella prossima sezione, svilupperemo questa tecnologia e spiegheremo un sensore di tipo paradenti con una funzione di comunicazione wireless che incorpora un circuito di comunicazione e una batteria.
