Температура тела считается одним из ключевых показателей общего состояния здоровья, но измерение оральным или лобным термометром не всегда дает полную картину. А получение внутреннего показателя с помощью ректального термометра трудно назвать приятной процедурой.
Похоже, дни таких измерений могут быть сочтены. Новый проглатываемый датчик, разработанный в MIT, способен непрерывно передавать врачам данные о температуре тела прямо из желудочно-кишечного тракта и, как ожидается, может дойти до клинических испытаний уже через несколько лет. Такой постоянный мониторинг может упростить определение того, болен ли пациент и есть ли у него риск развития опасно высокой температуры. Технология также может пригодиться людям, отслеживающим фертильность, и пациентам под анестезией.
Датчик по форме напоминает небольшую ягоду: его высота составляет всего 4 миллиметра, а диаметр — 6 миллиметров. Это меньше существующих проглатываемых температурных сенсоров. Разработка описана в исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature Electronics.
«Такой датчик дает нам возможность отслеживать инфекции и выявлять их на раннем этапе», — заявил в комментарии соавтор исследования Джованни Траверсо, профессор инженерии MIT и гастроэнтеролог Brigham and Women’s Hospital. «Это особенно важно для групп риска, например для людей с ослабленным иммунитетом из-за химиотерапии или иммунодепрессантов».
Как устроена электроника, которую можно проглотить
На рынке уже есть несколько проглатываемых датчиков температуры. Однако большинство из них по размеру сопоставимы с мультивитаминной капсулой или даже больше. Из-за этого их сложнее глотать, а также повышается риск того, что устройство может вызвать непроходимость в ЖКТ.
Крупные размеры связаны со сложной внутренней схемотехникой, которой требуется много энергии. Ее обеспечивают встроенные батареи, занимающие большую часть объема капсулы.
Команда MIT поставила перед собой цель создать более компактный проглатываемый датчик, который при этом точно измеряет температуру.
«Причина, по которой устройство должно быть маленьким, — безопасность», — пояснил Траверсо. «Нам нужно нечто настолько компактное, чтобы риск любой закупорки или непроходимости был значительно снижен, и чтобы датчик было легко проглотить».
Первым шагом к уменьшению устройства стало сокращение размеров трех основных компонентов: схемы измерения температуры, антенны для передачи данных и батареи.
Чтобы уменьшить схему, исследователи создали собственный вариант, помещающийся на кремниевом чипе площадью 1 квадратный миллиметр. Они также разработали генератор на основе тока утечки, чтобы снизить энергопотребление. Ток утечки — это небольшой ток, который проходит через цепь, когда она выключена. Температура окружающей чип среды влияет на частоту этого тока.
Схема может определять температуру с точностью до 0,01 градуса Цельсия и требует всего около 10 нановатт мощности. Питание обеспечивает небольшая батарейка таблеточного типа на 1,55 вольта диаметром всего 4,8 миллиметра. В одном из испытаний датчик эндоскопически поместили в желудок свиньи под седацией, после чего он прошел по ЖКТ и был выведен из организма вместе с фекалиями.
В новой конструкции также использована стратегия связи под названием backscattering, которая позволяет еще сильнее сократить энергопотребление. Этот подход переносит большую часть энергетической нагрузки на внешнюю антенну, расположенную вне тела, обычно на расстоянии около 30–60 сантиметров от датчика. Внешняя антенна излучает радиоволну сверхвысокой частоты. Затем крошечная антенна внутри сенсора модулирует эту волну и отправляет ее обратно на внешнюю антенну. После этого внешняя антенна может вычислить значение температуры, интерпретируя изменения радиоволны.
«Мы объединили все эти элементы — кремниевый чип, батарею и антенну — и превратили их в проглатываемую капсулу. Это самая маленькая проглатываемая капсула, которую мы видели в системах измерения температуры», — добавил ведущий автор исследования и постдок MIT Саранш Шарма.
Внутренняя антенна передает новое значение температуры раз в секунду, поэтому мониторинг можно вести непрерывно.
Где такой датчик может пригодиться
По словам исследователей, такой сенсор можно применять в нескольких сценариях. Анестезия нередко нарушает нормальные механизмы терморегуляции организма, из-за чего у пациентов повышается риск гипотермии. Такие датчики могут использоваться для отслеживания инфекции и наблюдения за состоянием пациента во время и после анестезии. Кроме того, устройство потенциально подойдет для домашнего контроля температуры у детей, определения внутренней температуры тела, сигнализирующей об овуляции, у пар, пытающихся зачать ребенка, а также для мониторинга спортсменов, военных и других людей, которым грозит воздействие экстремальных температур.
Исследователи протестировали датчики на свинье как под анестезией, так и в состоянии бодрствования и движения. В обоих случаях сенсоры могли точно определять и передавать данные о температуре.
Сейчас команда работает над объединением температурного датчика с другими сенсорами, которые смогут измерять и другие жизненно важные показатели, например частоту сердечных сокращений. Исследователи рассчитывают начать клинические испытания своих датчиков в течение нескольких лет.
Траверсо считает, что такие сенсоры могут получить широкое распространение среди всех, кому необходимо контролировать температуру, если они подтвердят свою эффективность в ситуациях высокого риска.
«Я думаю, это может заменить все термометры, потому что это самый точный способ измерения температуры», — сказал он. «Если у нас будут миниатюрные системы, которые легко проглотить и которые дают очень точные данные, превосходящие текущие методы, это может быть полезно во множестве случаев».
Если технология дойдет до клинического применения, врачи и пациенты смогут получать непрерывные данные о внутренней температуре тела без неприятных процедур и без постоянных ручных измерений. Это может быть особенно полезно там, где важны точность и своевременное выявление изменений, например при инфекциях, анестезии или наблюдении за людьми из групп риска.
Читайте также:
- Робот-летучая мышь проливает новый свет на то, как они охотятся в темноте
- Встроенный термометр: новая функция на Android
- Лучшие фитнес-группы стоимостью менее 100 долларов в 2026 году
