微小的无线植入物可以探测身体深处的氧气

加州大学伯克利的工程师创造了一个微小的无线植入物，可以提供皮肤下方的组织氧气水平的实时测量。该装置小于平均瓢虫，由超声波驱动，可以帮助医生监测移植器官或组织的健康，并提供潜在的移植失败的预警。

这项与加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)的医生合作开发的技术，也为各种微型传感器的发明铺平了道路，这些传感器可以追踪身体的其他关键生化指标，如pH值或二氧化碳。有朝一日，这些传感器将为医生提供微创的方法来监测器官和组织内部的生物化学功能。

加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学教授、陈·扎克伯格生物中心研究员米歇尔·马哈比兹(Michel Maharbiz)说:“要测量人体内部的东西非常困难。”“设备演示了如何使用超声波技术和非常聪明的集成电路设计，你可以创造复杂的植入物，深入组织，从器官中获取数据。”

马哈比兹是一篇描述该装置的新论文的资深作者，该论文发表在该杂志上自然生物技术。

氧气是细胞从我们所吃的食物中获取能量的关键成分，身体中几乎所有的组织都需要稳定的氧气供应才能生存。大多数测量组织氧合的方法只能提供身体表面附近发生的信息。这是因为这些方法依赖于电磁波，比如红外光，而这种电磁波只能穿透皮肤或器官组织几厘米。虽然有些类型的磁共振成像可以提供关于深层组织氧合的信息，但它们需要很长的扫描时间，因此无法提供实时数据。

自2013年以来，Maharbiz一直在设计微型植入物，利用超声波与外界进行无线通信。超声波是一种频率太高而不能被人耳探测到的声音，它在人体内传播的距离比普通声波要远得多，对人无害电磁波并已成为医学超声成像技术的基础。这种设备的一个例子是Stimdust，它是与加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学助理教授Rikky Muller合作设计的，它可以检测和刺激人体的电子神经放电。

加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的工程博士后Soner Sonmezoglu领导了将植入物的功能扩展到包括氧气感应的努力。将氧气传感器集成到微型设备中涉及到LED光源和光学探测器，以及设计一套更复杂的电子控制来操作和读出传感器。该团队通过监测氧气水平在活羊的肌肉里面。

Sonmezoglu指出，这种类型的氧传感器不同于用于测量血氧饱和度的脉搏血氧仪。脉搏血氧仪测量的是血液中血红蛋白的比例，而新设备能够直接测量组织中的氧气量。

Sonmezoglu说:“这种设备的一个潜在应用是监测器官移植，因为在器官移植后的几个月里，血管并发症可能会发生，而这些并发症可能导致移植功能障碍。”“它也可以用来测量肿瘤缺氧，这可以帮助医生指导癌症放疗。”

该研究的合著者Jeffrey Fineman和Emin Maltepe都是加州大学旧金山分校的儿科医生，也是儿科药物和设备开发倡议的成员，他们参与这项工作是因为它在监测胎儿发育和护理方面的潜力早产儿。

“在早产儿例如，我们经常需要提供补充氧气，但没有可靠组织读取氧气浓度，”马尔泰佩说。“这种设备的进一步缩小版本可以帮助我们更好地管理重症监护室早产儿的氧暴露，并帮助将过度氧暴露的一些负面后果降至最低，如早产儿视网膜病变或慢性肺部疾病。”

Sonmezoglu说，这项技术还可以进一步改进，将传感器安置在体内，这样它就可以在人体内长期存活。进一步小型化还可以简化目前需要手术的植入过程。此外，他说，传感器中的光学平台可以很容易地用于测量人体的其他生物化学物质。

“只需改变我们为此构建的这个平台氧传感器，您可以修改设备以测量，例如，pH，反应性氧物种，葡萄糖或二氧化碳，“Sonmezoglu说。”此外，如果我们可以修改包装以使其更小，您可以想象能够注入身体通过一根针，或通过腹腔镜手术，使植入更加容易。”

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