पारंपारिक तोंडाने किंवा कपाळावर वापरले जाणारे थर्मामीटर अनेकदा शरीराच्या मूळ तापमानाचा (core temperature) अचूक अंदाज घेऊ शकत नाहीत, आणि सध्याची गिळता येण्याजोगी (ingestible) उपकरणे सुरक्षितपणे गिळण्यासाठी खूप मोठी असतात. MIT च्या अभियंत्यांनी एका सूक्ष्म सेन्सरद्वारे ही दरी भरून काढली आहे, जो अभूतपूर्व प्रमाणात शरीराच्या अंतर्गत तापमानाचे सतत निरीक्षण करतो.

आतापर्यंतचा सर्वात लहान गिळता येण्याजोगा सेन्सर तयार करणे

या टीमने एका चौरस मिलीमीटरच्या सिलिकॉन चिपवर संपूर्ण सर्किट बसवले आहे. ज्या कॅप्सूलमध्ये हे बसवले आहे तिचे माप केवळ ६ × ४ मिमी आहे, ज्याला मुख्य लेखक सारंश शर्मा यांनी आतापर्यंतचा सर्वात लहान गिळता येण्याजोगा तापमान सेन्सर म्हटले आहे.

अचूकता टिकवून ठेवण्यासाठी, त्यांनी 'लीकेज करंट'वर (leakage current) आधारित एक ऑसिलेटर तयार केला आहे—हा असा सूक्ष्म विद्युत प्रवाह आहे जो सर्किट बंद असतानाही कायम राहतो. हा प्रवाह तापमानानुसार बदलत असल्याने, हा सेन्सर ०.०१ °C इतका सूक्ष्म बदल देखील शोधू शकतो.

बॅकस्कॅटरिंग तंत्रज्ञानाद्वारे कमी ऊर्जा वापरणारे डिझाइन

कोणत्याही अंतर्गत वैद्यकीय उपकरणासाठी ऊर्जा (Power) हे एक मोठे आव्हान असते. हा सेन्सर १.५५-व्होल्टच्या कॉइन सेलवर चालतो, परंतु संशोधकांनी ऊर्जा वाचवण्यासाठी त्यात एक बॅकस्कॅटर सिस्टम (backscatter system) जोडली आहे.

डेटा प्रसारित करण्यासाठी स्वतःची बॅटरी वापरण्याऐवजी, कॅप्सूलचे अँटेना बाह्य रीडरकडून पाठवल्या जाणाऱ्या अल्ट्रा-हाय-फ्रिक्वेन्सी रेडिओ लहरींमध्ये बदल (modulate) करतो. बाह्य रिसीव्हर हा परावर्तित सिग्नल वाचतो आणि अंतर्गत तापमान मोजतो, ज्यामुळे प्रक्षेपणाची (transmission) बहुतेक ऊर्जा बाह्य अँटेनाद्वारे वापरली जाते आणि कॅप्सूलमधून बाहेर पडणारी उष्णता अत्यंत कमी राहते.

रिमोट हेल्थ मॉनिटरिंगच्या क्षितिजांचा विस्तार

सतत आणि नॉन-इनव्हेसिव्ह (non-invasive) कोअर-तापमानाचा डेटा तापमानाचा मागोवा घेण्यापलीकडे नवीन शक्यता निर्माण करतो. डॉक्टर्स संसर्गाचे (infections) रिअल-टाइममध्ये निरीक्षण करू शकतात, विशेषतः इम्युनोसप्रेस्ड (immunosuppressed) रुग्णांमध्ये, जिथे लवकर निदान झाल्यामुळे सेप्सिस (sepsis) टाळता येतो. हे उपकरण भूल (anesthesia) देण्यादरम्यान आणि त्यानंतरही रुग्णांच्या आरोग्याचा मागोवा घेऊ शकते.

रुग्णालयाबाहेर, खेळाडू आणि सैनिक उष्णतेचा ताण (heat stress) मोजण्यासाठी या कॅप्सूलचा वापर करू शकतात, आणि महिला ओव्हुलेशन (ovulation) ट्रॅकिंगसाठी अधिक अचूक तापमान माहिती मिळवू शकतात. भविष्यात हे दैनंदिन वापरासाठी मानक थर्मामीटरची जागा घेऊ शकते.

मुख्य निष्कर्ष

  • अत्यंत सूक्ष्म आकार: १ मिमी² सिलिकॉन चिप आणि ६ × ४ मिमी कॅप्सूलमुळे पूर्वीच्या मॉडेल्समध्ये येणारे गिळण्यातील आणि अडथळ्यातील धोके दूर होतात.
  • उच्च अचूकता आणि कार्यक्षमता: लीकेज-करंट ऑसिलेटर्समुळे ०.०१ °C अचूकता मिळते, तर बॅकस्कॅटर कम्युनिकेशनमुळे ऊर्जेचा वापर लक्षणीयरीत्या कमी होतो.
  • वैविध्यपूर्ण क्लिनिकल उपयोजन: संसर्गाचे लवकर निदान, भूल (anesthesia) मॉनिटरिंग आणि खेळाडूंसाठी शारीरिक मागोवा घेण्यासाठी डिझाइन केलेले.

MIT च्या अभियंत्यांनी एक गिळता येण्याजोगा तापमान सेन्सर सादर केला आहे जो ६ मिमी × ४ मिमी च्या कॅप्सूलमध्ये बसतो आणि ०.०१ °C अचूकतेसह शरीराचे मूळ तापमान मोजतो. १ मिमी² सिलिकॉन चिपवर आधारित, हा सेन्सर लीकेज-करंट ऑसिलेटर आणि बॅकस्कॅटर कम्युनिकेशनचा वापर करतो, ज्यामुळे एका लहान १.५५-व्होल्ट कॉइन सेलसाठी पुरेशी कमी ऊर्जा लागते.

पारंपारिक थर्मामीटर अपुरे का ठरतात?

तोंडाने किंवा कपाळावर वापरले जाणारे थर्मामीटर केवळ पृष्ठभागावरील उष्णता मोजतात, जी शरीराच्या मूळ तापमानापेक्षा कमी असू शकते—इंटेंसिव्ह-केअर सेटिंग्ज, शस्त्रक्रिया आणि उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या वातावरणात ही एक मोठी त्रुटी आहे. सध्याचे गिळता येण्याजोगे सेन्सर अनेकदा इतके मोठे असतात की त्यामुळे गिळण्यास अडथळा किंवा अन्ननलिकेत अडथळा निर्माण होऊ शकतो. MIT टीमने यावर उपाय म्हणून इलेक्ट्रॉनिक्सचा आकार सुरक्षितपणे गिळता येईल इतका लहान केला आहे आणि त्याच वेळी प्रयोगशाळेतील दर्जाची अचूकता कायम ठेवली आहे.

अभियांत्रिकीमधील मोठी झेप

या सेन्सरचा मुख्य भाग म्हणजे एक ऑसिलेटर जो लीकेज करंटचा (leakage current) वापर करतो—हा असा सूक्ष्म इलेक्ट्रॉन प्रवाह आहे जो सर्किट "बंद" असतानाही कायम राहतो. हा प्रवाह तापमानानुसार अंदाजित पद्धतीने बदलतो, त्यामुळे चिप शरीराच्या उष्णतेनुसार बदलणारी वारंवारता (frequency) तयार करते. ऑसिलेटर थेट १ मिमी² च्या डाय (die) वर असल्याने, अतिरिक्त तापमान-सेन्सिंग घटकांची गरज भासत नाही, ज्यामुळे जागा वाचते आणि कॅलिब्रेशनमधील त्रुटी टाळता येतात.

गिळता येणाऱ्या उपकरणांसाठी ऊर्जा हे दुसरे मोठे आव्हान आहे. १.५५-व्होल्टचा कॉइन सेल मूलभूत लॉजिकसाठी ऊर्जा पुरवतो, तर बॅकस्कॅटर डेटा ट्रान्समिशन हाताळते. कॅप्सूलवरील अँटेना बाह्य रीडरकडून पाठवल्या जाणाऱ्या अल्ट्रा-हाय-फ्रिक्वेन्सी रेडिओ लहरी परावर्तित करतो. परावर्तित सिग्नलमध्ये बदल (modulating) करून, कॅप्सूल स्वतःची ऊर्जा खर्च न करता रेडिओ बर्स्ट तयार न करता तापमान कळवते. व्यवहारात, प्रक्षेपणाची बहुतेक ऊर्जा बाह्य अँटेनाद्वारे येते, ज्यामुळे बॅटरीचे आयुष्य वाढते आणि कॅप्सूलमधून बाहेर पडणारी उष्णता नगण्य राहते.

आरोग्य देखरेखीवरील संभाव्य परिणाम

भूलतज्ज्ञ शस्त्रक्रियेदरम्यान शरीराचे मुख्य तापमान सतत मोजू शकतात, ज्यामुळे हायपोथर्मियाशी संबंधित गुंतागुंत कमी होऊ शकते. रुग्णालयाबाहेर, अत्यंत प्रतिकूल हवामानात कार्यरत असलेले खेळाडू आणि सैनिक हीट स्ट्रेसबद्दल रिअल-टाइम फीडबॅक मिळवू शकतात, तर ओव्हुलेशन (ovulation) तपासणाऱ्या महिलांना त्वचेवर आधारित पद्धतींपेक्षा अधिक अचूक अंतर्गत तापमानाचा आलेख मिळू शकतो.

पुढे काय पाहावे

मुख्य निष्कर्ष: लीकेज-करंट तापमान शोधणे आणि बॅकस्कॅटर डेटा ट्रान्सफर यांचा मेळ घालून, MIT च्या अभियंत्यांनी दाखवून दिले आहे की, गिळता येण्याजोगा (ingestible) मुख्य-तापमान मॉनिटर अतिशय लहान आणि कमी ऊर्जा वापरणारा असू शकतो, ज्यामुळे सतत आणि उच्च-अचूकता असलेल्या आरोग्य ट्रॅकिंगसाठी एक वास्तववादी मार्ग मोकळा झाला आहे.