악성 종양, 장기 기능 장애 등과 같은 생명을 위협하는 상태를 발견하는 데 도움이 되는 착용 가능한 피부 패치

신체 내부의 낮은 혈액 관류는 심각한 장기 기능 장애를 일으킬 수 있으며 심장 마비 및 사지의 혈관 질환을 포함한 다양한 질병과 관련이 있습니다. 동시에 뇌, 복부 또는 낭종과 같은 부위의 비정상적인 혈액 축적은 뇌 또는 내장 출혈 또는 악성 종양을 나타낼 수 있습니다. 지속적인 모니터링은 이러한 상태를 진단하는 데 도움이 될 수 있으며 적시에 잠재적으로 생명을 구할 수 있는 개입을 촉진하는 데 도움이 될 수 있습니다.

새로운 센서는 생체 분자를 모니터링하는 기존 방법의 몇 가지 중요한 한계를 극복합니다. 자기 공명 영상(MRI) 및 X선 컴퓨터 단층 촬영은 조달하기 어려울 수 있는 부피가 큰 장비에 의존하고 일반적으로 분자의 즉각적인 상태에 대한 정보만 제공하므로 장기 생체 분자 모니터링에 적합하지 않습니다.

Xu 그룹의 나노공학 박사 과정 학생이자 연구 공동 저자인 Xiangjun Chen은 “생명을 위협하는 상태가 빠르게 악화되는 것을 방지하기 위해 적시에 개입하려면 지속적인 모니터링이 중요합니다.”라고 말했습니다. “헤모글로빈에 국한되지 않고 생체 분자 감지를 위한 전기 화학 기반 웨어러블 장치는 장기 웨어러블 모니터링 응용 분야에 적합한 후보입니다. 그러나 기존 기술은 피부 표면 감지 기능만 달성할 수 있습니다.”

새롭고 유연하며 낮은 폼 팩터의 웨어러블 패치는 피부에 편안하게 부착되어 비침습적 장기 모니터링이 가능합니다. 피부 표면의 생체분자만 감지하는 다른 웨어러블 전기화학 장치에 비해 심부 조직에서 1밀리미터 미만의 공간 분해능으로 피부 아래 센티미터까지 헤모글로빈의 3차원 매핑을 수행할 수 있습니다. 그것은 다른 조직과 높은 콘트라스트를 얻을 수 있습니다. 광학 선택성으로 인해 감지 가능한 분자의 범위를 확장하고 잠재적인 임상 응용과 함께 다양한 파장의 다양한 레이저 다이오드를 통합할 수 있습니다.

이 패치에는 연질 실리콘 폴리머 매트릭스에 레이저 다이오드 어레이와 압전 변환기가 장착되어 있습니다. 레이저 다이오드는 펄스 레이저를 조직으로 방출합니다. 조직의 생체 분자는 광학 에너지를 흡수하고 주변 매질에 음파를 방출합니다.

“압전 변환기는 음파를 수신하며, 이는 파동 방출 생체 분자의 공간 매핑을 재구성하기 위해 전기 시스템에서 처리됩니다.

Xu 그룹의 박사 후 연구원이자 연구 공동 저자인 Hongjie Hu는 “저전력 레이저 펄스를 사용하면 이온화 방사선이 있는 X선 기술보다 훨씬 안전합니다.”라고 말했습니다.

지금까지의 성공을 바탕으로 팀은 백엔드 제어 시스템을 레이저 다이오드 구동 및 데이터 수집을 위한 휴대용 크기의 장치로 축소하는 등 장치를 추가로 개발하여 유연성과 잠재적인 임상 유용성을 크게 확장할 계획입니다.

그들은 또한 심부 온도 모니터링을 위한 웨어러블의 잠재력을 탐색할 계획입니다. “광음향 신호 진폭이 온도에 비례하기 때문에 생체 외 실험에서 코어 온도 모니터링을 시연했습니다.”라고 Xu는 말했습니다. “그러나 인체의 심부 온도 모니터링을 검증하려면 중재적 보정이 필요합니다.”

그들은 더 많은 잠재적인 임상 적용을 추구하기 위해 의사들과 계속 협력하고 있습니다.