Sensores ópticos são a chave para os dispositivos de monitoramento de saúde – e o tamanho é essencial

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Desde a década de 1840, estudos sobre fibra ótica – e sensores ópticos em particular – abriram portas para detectar muitas propriedades, como intensidade de luz, vibração, temperatura, pressão, tensão, tensão, nível de líquido, pH, análise química, concentração, densidade e muito mais. .

Sensor óptico simplificado para detecção de objetos. Imagem usada cortesia de Z. Kappassov et al.

Dada essa extrema versatilidade, é natural que os sensores ópticos entrem em muitos campos diferentes – das comunicações à análise petroquímica. Mas essa tecnologia é particularmente útil na indústria médica, ajudando os pesquisadores a estudar melhor vírus, toxinas, biomarcadores tumorais, células tumorais, anticorpos e medicamentos.

O que esse dispositivo, juntamente com o seu lugar em um sistema de biossensor maior, o torna tão prático nesses cenários de assistência médica?

Biossensores ópticos

Segundo os pesquisadores Dambrosky et al., Um biossensor óptico refere-se a um pequeno dispositivo que inclui um sensor para bioreconhecimento e um sistema de transdutor óptico. Este dispositivo gera um sinal proporcional à concentração de uma substância medida.

Um campo que se beneficiou particularmente da adoção da tecnologia de sensores ópticos é o da saúde e boa forma vestíveis.

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Os biossensores ópticos foram adotados pelo setor de saúde porque oferecem muitas vantagens sobre as técnicas analíticas convencionais.

Por exemplo, essa tecnologia apareceu em aplicações que incluem detecção de glicose, análise de cura de laminados, análise de proteínas, análise de formas de dosagem e muito mais.

Exemplo de detecção de anticorpos por sensores ópticos

Exemplo de sensor óptico que detecta anticorpos. Imagem usada cortesia de Dambrosky et al.

Com esses sensores, os fabricantes de dispositivos médicos podem oferecer detecção em tempo real e sem etiquetas de substâncias biológicas e químicas. A detecção sem etiqueta implica que “um sinal detectado é gerado diretamente pela interação do material analisado com o transdutor”.

Além disso, os designers se beneficiam da alta sensibilidade, tamanho pequeno e baixo preço oferecido pelas tecnologias ópticas.

Um exemplo recente de um sensor óptico

Nesta semana, a Maxim Integrated anunciou o MAXM96146, que eles afirmam ser a solução de sensor óptico mais fina do mundo para produtos de saúde e fitness. Este dispositivo pode ilustrar alguns dos conceitos gerais de biossensores ópticos de maneira concreta.

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Essa solução, como muitos produtos comparáveis, é direcionada ao mercado de vestuário fitness, pré-instalado com algoritmos para classificação de atividades, monitoramento da frequência cardíaca e monitoramento da SpO2. A Maxim chama isso de uma solução “drop-in” que pode economizar até seis meses para ser lançada no mercado para designers e fabricantes.

Paciente usando um smartwatch, incluindo o novo sensor óptico da Maxim para monitoramento biométrico

Paciente usando um smartwatch, incluindo o novo sensor óptico da Maxim para monitoramento biométrico. Imagem (modificada) usada cortesia de Maxim Integrated

A empresa também afirma que um sistema completo pode ser alcançado usando o MAXM86146, juntamente com a simples adição de um LED e um acelerômetro.

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Qual é o lugar de um sensor óptico em um dispositivo médico?

A nova solução, o MAXM86416, combina o front end analógico de biossensor óptico da Maxim, um Arm MCU e dois fotodiodos de alta sensibilidade. Com o objetivo de construir uma solução abrangente, a Maxim projetou o chip para incluir uma interface SPI, dois ADCs independentes de 19 bits e um circuito proprietário de cancelamento de luz ambiente.

Para wearables alimentados por bateria, a baixa energia é crucial para o design. A partir da folha de dados, parece que esse objetivo foi alcançado com o MCU afundando 4,2 μA em sono profundo e o front-end consumindo 10 μA a 25sps. A maior parte da energia parece ser usada na condução dos LEDs IR, exigindo 132 mA típicos. A solução também inclui blocos especiais de gerenciamento de energia para otimizar a vida útil da bateria.

Diagrama de bloco do MAXM86416

Diagrama de blocos do MAXM86416. Imagem usada cortesia de Maxim Integrated

Entre todos esses recursos, o verdadeiro destaque da solução é seu tamanho, medindo 4,5 mm x 4,1 mm x 0,88 mm em um pacote OLGA de 38 pinos. Maxim afirma que isso é 45% mais fino que uma abordagem discreta.

O tamanho é um fator especialmente crítico em dispositivos médicos, especialmente em relógios inteligentes, cada vez mais projetados com monitores biométricos.

Para Cuidados de Saúde e Além

Os wearables no campo da saúde e fitness estão, sem dúvida, crescendo em popularidade. Um aumento na demanda exige biossensores ópticos melhores e mais versáteis – como aqueles que são menores e mais eficientes em termos de energia.

Você já trabalhou com sensores ópticos para aplicações fora da área de saúde? Compartilhe suas experiências nos comentários abaixo.

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