Привычные нам способы измерения температуры тела — неважно, ртутным термометром или электронным, во рту или под мышкой, — недостаточно точны в определении внутренней температуры организма. Решением может быть проглатываемый датчик.
Такой разработали в Массачусетском технологическом институте (MIT). Он представляет собой капсулу, похожую на ягоду черники, которая, проходя желудочно-кишечному тракту, в непрерывном режиме передает данные о внутренней температуре. Статью о новинке напечатал журнал Nature Electronics.
Разработчики поставили перед собой две взаимоисключающие, казалось бы, цели: минимизация размеров и непрерывный мониторинг. Точные измерения температуры и ее передача в реальном времени требуют усложнения схем, это, в свою очередь, приводит к увеличению энергопотребления — а значит, нужна большая батарейка.
«Главная причина, по которой они должны быть маленькими, — это безопасность. Нам нужно устройство настолько крошечное, чтобы риск любой закупорки или обструкции был минимальным, и чтобы его можно было легко проглотить», — говорит гастроэнтеролог Бригемской и Женской больницы, доцент MIT Джованни Траверсо, руководивший исследованием.
Разработчики уменьшили все компоненты устройства. Для схемы они спроектировали собственный чип на кремниевой пластине площадью 1 мм². Термосенсором служит генератор на основе тока утечки на транзисторах в подпороговом режиме — его частота зависит от температуры. Передатчика в «градуснике-черничке» нет вовсе — связь осуществляется путем модуляции сигнала внешней антенны.
В результате удалось довести потребляемую мощность до 10 нВт. Это позволяет питать капсулу от крошечной серебряно-оксидной батарейки-таблетки диаметром 4,8 мм и толщиной около 1,6 мм (напряжением 1,55 В).
«Мы собрали все эти разные части воедино — кремниевый чип, батарейку и антенну — и превратили их в проглатываемую капсулу. Это самая маленькая проглатываемая капсула для измерения температуры из всех, что нам встречались», — подчеркивает инженер-электронщик Саранш Шарма из MIT, первый автор исследования.
Температура измеряется с точностью до 0,1 °C, показания передаются раз в секунду, что позволяет вести непрерывный мониторинг.
Такой датчик может пригодиться в разных ситуациях: для выявления инфекций, наблюдения за пациентами во время и после наркоза. Анестезия часто нарушает нормальные механизмы терморегуляции организма, что может привести к переохлаждению пациента.
Устройство можно использовать и дома — для контроля температуры у детей, для измерения внутренней температуры как маркера овуляции (в целях планирования семьи), а также для наблюдения за спортсменами, военными или любым другим человеком, который может подвергаться воздействию экстремальных температур.
Траверсо считает, что перспективы новинки обширнее: «Я думаю, такие датчики могли бы заменить все термометры, потому что это самый точный способ измерения температуры».
Датчики испытали на животных под наркозом и в бодрствующем состоянии, исследования на людях могут быть проведены в ближайшие несколько лет. А ученые тем временем работают над тем, чтобы объединить термодатчик с другими сенсорами, измеряющими жизненные показатели, например, частоту сердечных сокращений.
Создан миниатюрный робот-датчик для работы внутри тела
Люди становятся все холоднее, и ученые догадываются, почему
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX