Pengesanan Bukan Invasif Berasaskan LED SWIR untuk Aplikasi Perubatan & Kesihatan

Pengenalan

Penginderaan bukan invasif dengan pantas menjadi asas pengurusan kesihatan moden. LED SWIR (900-1 700 nm) menggabungkan penyebaran tisu yang rendah, penembusan optik yang mendalam dan puncak penyerapan khusus molekul, membolehkan anggaran glukosa, kolesterol dan jumlah protein masa nyata tanpa rasa sakit tanpa reagen, jarum atau instrumen makmal.

Mengapa LED SWIR?

• 10-100× penyerakan yang lebih rendah dalam kulit berbanding VIS/NIR-I → foton mencapai cecair interstis sub-dermal 2-3 mm

• Jalur penyerapan yang kuat dan jelas: glukosa (1 450/1 500 nm), kolesterol (1 050/1 300 nm), protein (940/1 200 nm)

• Keadaan pepejal, mesra bateri: pemacu aras mW, jangka hayat >50 000 j, hanyutan spektrum

• Pembungkusan berskala cip (1.6 mm × 1.6 mm) sudah layak untuk peranti boleh pakai pengguna

Prinsip Sasaran Fisiologi & Kemajuan Terkini

3.1 Glukosa

Mekanisme: penyerapan berbeza antara 1 450 nm (glukosa + air) dan 1 500 nm (terutamanya air) dengan pembetulan kinetik untuk isipadu darah berdenyut.

Status: Modul penerokaan “Fotonik Silikon” Apple (SWIR LED + fotodiod Ge) mencapai Zon Grid Ralat Clarke A 78% pada lengan bawah; pasangan rujukan 3 mW 1 450 nm pemancar + 1 550 nm Zhuhai Tianhui mengurangkan min-perbezaan-relatif-mutlak (MARD) kepada 9.2% dalam 30 subjek semasa OGTT.

3.2 Kolesterol

Mekanisme: nisbah pantulan 1 050 nm/1 300 nm berkorelasi dengan kandungan lipoprotein berketumpatan rendah (LDL).

Status: Prototaip gelang tangan Universiti Tokyo (cip dwi-Tianhui 1,050 nm + 1,300 nm) vs. ujian enzimatik: R² = 0.87, kebolehulangan CV 4.1%.

3.3 Jumlah Protein

Mekanisme: Ton atas ikatan peptida 940 nm dan jalur gabungan rantai sisi 1 200 nm; dinormalisasi oleh titik isobestik hemoglobin 850 nm untuk membatalkan variasi isipadu darah.

Status: Demo makmal Tianhui ke atas 24 sukarelawan: protein plasma RMSEP 0.32 g dL⁻¹ (rujukan: Biuret).

Integrasi Boleh Pakai & Kesihatan Jarak Jauh

Faktor bentuk

• Cincin bawah jam tangan pintar: 6 × acuan LED SWIR berbilang panjang gelombang Tianhui (940/1 200/1 450 nm) dalam pakej QFN 3.5 mm × 2.0 mm, dipacu pada pecahan 100 Hz, kuasa purata

• Cincin pintar: substrat polimida fleksibel dengan penyebar mikro-optik; crosstalk optik

• Kanta lekap: 500 µm × 500 µm 1 300 nm SWIR LED + pengesan foto grafena, kuasa tanpa wayar melalui NFC.

Modul SWIR “Kesihatan-dalam-Satu” Zhuhai Tianhui

• Pakej tunggal tiga panjang gelombang: 940 nm | 1 200 nm | 1 450 nm (±10 nm), FWHM 20 nm, 3 mW sr⁻¹ setiap satu

• Jejak: 1.6 mm × 1.6 mm × 0.55 mm; serasi dengan aliran semula dengan SMT standard

• Daya tarikan kuasa: 1 mA setiap saluran @ 3 V, denyutan 100 ms

• Kit penilaian: bangku optik rujukan (pemisahan pengesan sumber 8 mm), perisai cahaya TPU hitam, perisian tegar nRF52 Nordik dengan SDK algoritma sumber terbuka

• Sokongan kawal selia: Set data pra-imbasan EMC IEC 60601-1-2 disediakan; laporan toleransi optik 6 bulan sedia untuk penyerahan 510(k).

Garis masa siap guna

Minggu 1 – slot optik ke dalam kandang sedia ada

Minggu 2 – integrasi & penentukuran firmware

Minggu 3 – kajian pengguna rintis (20 subjek)

Minggu 4 – penguncian algoritma & pengesahan pengeluaran

Peta Jalan Generasi Akan Datang

2025: dilanjutkan kepada 1 650 nm untuk dekonvolusi spektrum sub-pecahan LDL/HDL

2026: LED SWIR kristal fotonik aras μW yang dipacu oleh penuaian tenaga (haba badan + PV)

2027: optrod SWIR 0.3 mm³ yang boleh diimplan sepenuhnya digandingkan dengan penghantaran ubat gelung tertutup AI

Hubungi Zhuhai Tianhui hari ini untuk mereka bentuk bersama penyelesaian pengesanan kesihatan LED SWIR tersuai anda—daripada acuan kosong hingga modul perubatan yang diperakui.