Deteksi Non-Invasif Berbasis LED SWIR untuk Aplikasi Medis & Kesehatan
Perkenalan
Pengukuran non-invasif dengan cepat menjadi landasan manajemen kesehatan modern. LED SWIR (900-1700 nm) menggabungkan hamburan jaringan yang rendah, penetrasi optik yang dalam, dan puncak penyerapan spesifik molekul, memungkinkan estimasi glukosa, kolesterol, dan protein total secara real-time tanpa rasa sakit, tanpa reagen, jarum, atau instrumen laboratorium.
Mengapa SWIR LED?
• Hamburan di kulit 10-100 kali lebih rendah daripada VIS/NIR-I → foton mencapai cairan interstisial sub-dermal 2-3 mm
• Pita serapan yang kuat dan jelas: glukosa (1 450/1 500 nm), kolesterol (1 050/1 300 nm), protein (940/1 200 nm)
• Solid-state, ramah baterai: penggerak tingkat mW, masa pakai >50.000 jam, pergeseran spektral
• Kemasan skala chip (1,6 mm × 1,6 mm) sudah memenuhi syarat untuk perangkat wearable konsumen.
Prinsip Target Fisiologis & Perkembangan Terkini
3.1 Glukosa
Mekanisme: penyerapan diferensial antara 1450 nm (glukosa + air) dan 1500 nm (terutama air) dengan koreksi kinetik untuk volume darah berdenyut.
Status: Modul eksplorasi “Silicon Photonics” Apple (LED SWIR + fotodioda Ge) mencapai Zona Kesalahan Kisi Clarke A 78% pada lengan bawah; pasangan pemancar 3 mW 1 450 nm + referensi 1 550 nm dari Zhuhai Tianhui memangkas perbedaan relatif absolut rata-rata (MARD) menjadi 9,2% pada 30 subjek selama OGTT.
3.2 Kolesterol
Mekanisme: rasio reflektansi 1.050 nm/1.300 nm berkorelasi dengan kandungan lipoprotein densitas rendah (LDL).
Status: Prototipe gelang tangan Universitas Tokyo (chip ganda Tianhui 1.050 nm + 1.300 nm) vs. uji enzimatik: R² = 0,87, CV pengulangan 4,1%.
3.3 Total Protein
Mekanisme: Nada harmonik ikatan peptida 940 nm dan 1 pita kombinasi rantai samping 200 nm; dinormalisasi oleh titik isosbestik hemoglobin 850 nm untuk menghilangkan variasi volume darah.
Status: Demonstrasi laboratorium Tianhui pada 24 relawan: protein plasma RMSEP 0,32 g dL⁻¹ (referensi: Biuret).
Integrasi Perangkat Wearable & Kesehatan Jarak Jauh
Faktor bentuk
• Cincin bagian bawah jam tangan pintar: 6 × LED SWIR multi-panjang gelombang Tianhui (940/1200/1450 nm) dalam kemasan QFN 3,5 mm × 2,0 mm, dioperasikan pada burst 100 Hz, daya rata-rata
• Cincin pintar: substrat polimida fleksibel dengan diffuser mikro-optik; interferensi optik
• Lensa kontak: 500 µm × 500 µm 1 LED SWIR 300 nm + fotodetektor graphene, daya nirkabel melalui NFC.
Saluran pipa sistem
Bagian depan optik: LED → lapisan luar → fotodioda Si-InGaAs → ADC 24-bit
Pembelajaran Mesin On-edge: Regresi TinyML yang disetel dengan pustaka jaringan spektral 1.000 subjek → menghasilkan glukosa (mg dL⁻¹), kolesterol (mg dL⁻¹), protein (g dL⁻¹) setiap 30 detik
Konektivitas: BLE 5.2 → ponsel pintar → cloud yang sesuai dengan HIPAA → dasbor klinisi
Siklus penyakit kronis: peringatan hipo/hiper, berbagi tren, pengingat minum obat; studi klinis menunjukkan penurunan HbA1c sebesar 32% pada penderita diabetes Tipe II setelah 3 bulan.
Modul SWIR “Kesehatan Terpadu” Zhuhai Tianhui
• Paket tunggal tiga panjang gelombang: 940 nm | 1 200 nm | 1 450 nm (±10 nm), FWHM 20 nm, 3 mW sr⁻¹ masing-masing
• Ukuran: 1,6 mm × 1,6 mm × 0,55 mm; kompatibel dengan reflow SMT standar
• Konsumsi daya: 1 mA per saluran @ 3 V, pulsa 100 ms
• Kit evaluasi: bangku optik referensi (pemisahan sumber-detektor 8 mm), pelindung cahaya TPU hitam, firmware Nordic nRF52 dengan SDK algoritma sumber terbuka
• Dukungan regulasi: Kumpulan data pra-pemindaian EMC IEC 60601-1-2 disediakan; laporan toleransi optik 6 bulan siap untuk pengajuan 510(k).
Jadwal siap pakai
Minggu 1 – pemasangan optik ke dalam wadah yang sudah ada
Minggu ke-2 – integrasi & kalibrasi firmware
Minggu ke-3 – studi pengguna percontohan (20 subjek)
Minggu ke-4 – penguncian algoritma & persetujuan produksi
Peta Jalan Generasi Berikutnya
2025: diperluas hingga 1.650 nm untuk dekonvolusi spektral sub-fraksi LDL/HDL
2026: LED SWIR kristal fotonik tingkat mikroW yang digerakkan oleh pemanenan energi (panas tubuh + PV)
2027: optroda SWIR 0,3 mm³ yang dapat ditanamkan sepenuhnya, dipasangkan dengan sistem pengiriman obat tertutup berbasis AI.
Hubungi Zhuhai Tianhui hari ini untuk mendesain bersama solusi sensor kesehatan LED SWIR sesuai kebutuhan Anda—dari chip kosong hingga modul medis bersertifikasi.