Phát hiện không xâm lấn dựa trên đèn LED SWIR cho các ứng dụng y tế và sức khỏe

Giới thiệu

Công nghệ cảm biến không xâm lấn đang nhanh chóng trở thành nền tảng của quản lý sức khỏe hiện đại. Đèn LED SWIR (900-1700 nm) kết hợp khả năng tán xạ mô thấp, khả năng xuyên thấu quang học sâu và các đỉnh hấp thụ đặc hiệu phân tử, cho phép ước tính không đau, theo thời gian thực lượng đường huyết, cholesterol và tổng lượng protein mà không cần thuốc thử, kim tiêm hoặc dụng cụ phòng thí nghiệm.

Tại sao nên chọn đèn LED SWIR?

• Độ tán xạ trong da thấp hơn 10-100 lần so với VIS/NIR-I → photon có thể xuyên sâu 2-3 mm vào dịch kẽ dưới da.

• Các dải hấp thụ mạnh, rõ rệt: glucose (1 450/1 500 nm), cholesterol (1 050/1 300 nm), protein (940/1 200 nm)

• Công nghệ bán dẫn, thân thiện với pin: công suất hoạt động ở mức mW, tuổi thọ >50.000 giờ, độ lệch quang phổ

• Bao bì kích thước chip (1,6 mm × 1,6 mm) đã được chứng nhận cho các thiết bị đeo thông minh dành cho người tiêu dùng.

Nguyên tắc nhắm mục tiêu sinh lý và những tiến bộ mới nhất

3.1 Glucose

Cơ chế: hấp thụ khác biệt giữa 1450 nm (glucose + nước) và 1500 nm (chủ yếu là nước) với hiệu chỉnh động học cho thể tích máu đập.

Tình trạng: Mô-đun “Quang tử silicon” thử nghiệm của Apple (LED SWIR + điốt quang Ge) đạt vùng lỗi Clarke A 78% trên cẳng tay; cặp đèn LED 3 mW 450 nm + đèn LED tham chiếu 550 nm của Zhuhai Tianhui đã giảm độ lệch tương đối tuyệt đối trung bình (MARD) xuống 9,2% ở 30 đối tượng trong thử nghiệm dung nạp glucose đường uống (OGTT).

3.2 Cholesterol

Cơ chế: Tỷ lệ phản xạ 1050 nm/1300 nm tương quan với hàm lượng lipoprotein mật độ thấp (LDL).

Tình trạng: Nguyên mẫu vòng đeo tay của Đại học Tokyo (chip kép Tianhui 1050 nm + 1300 nm) so với xét nghiệm enzyme: R² = 0,87, hệ số biến thiên độ lặp lại CV 4,1 %.

3.3 Tổng lượng protein

Cơ chế: Dải cộng hưởng của liên kết peptide ở bước sóng 940 nm và dải kết hợp chuỗi bên ở bước sóng 1200 nm; được chuẩn hóa bằng điểm đẳng quang của hemoglobin ở bước sóng 850 nm để loại bỏ sự thay đổi thể tích máu.

Tình trạng: Thí nghiệm thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Tianhui trên 24 tình nguyện viên: RMSEP protein huyết tương 0,32 g dL⁻¹ (tham chiếu: Biuret).

Tích hợp thiết bị đeo và chăm sóc sức khỏe từ xa

Các yếu tố hình thức

• Vòng đèn LED mặt dưới đồng hồ thông minh: 6 chip LED SWIR đa bước sóng Tianhui (940/1200/1450 nm) trong gói QFN 3,5 mm × 2,0 mm, hoạt động ở chế độ xung 100 Hz, công suất trung bình

• Vòng thông minh: chất nền polyimide linh hoạt với bộ khuếch tán vi quang; nhiễu xuyên âm quang học

• Kính áp tròng: 500 µm × 500 µm, 1 đèn LED SWIR 300 nm + bộ tách sóng quang graphene, cấp nguồn không dây qua NFC.

Mô-đun SWIR “Chăm sóc sức khỏe toàn diện” Zhuhai Tianhui

• Gói đơn ba bước sóng: 940 nm | 1 200 nm | 1 450 nm (±10 nm), FWHM 20 nm, công suất 3 mW sr⁻¹ mỗi bước sóng

• Kích thước chân đế: 1,6 mm × 1,6 mm × 0,55 mm; tương thích với công nghệ hàn chảy lại (reflow) và công nghệ SMT tiêu chuẩn.

• Công suất tiêu thụ: 1 mA mỗi kênh @ 3 V, xung 100 ms

• Bộ dụng cụ đánh giá: bệ quang học tham chiếu (khoảng cách nguồn-đầu dò 8 mm), tấm chắn sáng TPU đen, phần mềm Nordic nRF52 với bộ công cụ phát triển thuật toán mã nguồn mở (SDK).

• Hỗ trợ pháp lý: Bộ dữ liệu quét sơ bộ EMC IEC 60601-1-2 được cung cấp; báo cáo dung sai quang học 6 tháng sẵn sàng cho hồ sơ 510(k).

Lịch trình chìa khóa trao tay

Tuần 1 – Lắp đặt module quang vào khung máy hiện có

Tuần 2 – Tích hợp và hiệu chỉnh phần mềm

Tuần 3 – Nghiên cứu thử nghiệm người dùng (20 người tham gia)

Tuần 4 – Khóa thuật toán & Phê duyệt sản phẩm

Lộ trình thế hệ tiếp theo

2025: mở rộng đến 1650 nm để phân tích quang phổ phân đoạn LDL/HDL.

2026: Đèn LED SWIR tinh thể quang tử mức μW hoạt động bằng cách thu năng lượng (nhiệt độ cơ thể + quang điện)

2027: đầu dò quang SWIR 0,3 mm³ có thể cấy ghép hoàn toàn kết hợp với hệ thống phân phối thuốc khép kín bằng trí tuệ nhân tạo.

Hãy liên hệ với Zhuhai Tianhui ngay hôm nay để cùng thiết kế giải pháp cảm biến sức khỏe LED SWIR chuyên dụng dành riêng cho bạn—từ chip bán dẫn đến mô-đun y tế được chứng nhận.