Крошечные беспроводные инъекционные чипы используют ультразвук для мониторинга процессов в организме
Чипы показаны на кончике иглы для подкожных инъекций. Columbia Engineers (США) разрабатывают самую маленькую однокристальную систему, которая представляет собой полностью работающую электронную схему; имплантируемые чипы, видимые только в микроскоп, которые можно ввести в организм с помощью иглы для подкожных инъекций для наблюдения за состоянием здоровья.
Имплантируемые медицинские устройства, широко используемые для мониторинга биологических сигналов, для поддержки и улучшения физиологических функций, а также для лечения заболеваний, трансформируют здравоохранение и улучшают качество жизни миллионов людей. Исследователи все больше интересуются разработкой беспроводных миниатюрных имплантируемых медицинских устройств для физиологического мониторинга in vivo и in situ. Эти устройства могут использоваться для мониторинга физиологических условий, таких как температура, артериальное давление, глюкоза и дыхание, как для диагностических, так и для терапевтических процедур.
На сегодняшний день обычная имплантированная электроника была очень неэффективной по объему - для них обычно требуется несколько микросхем, корпусов, проводов и внешних преобразователей, а для хранения энергии часто требуются батареи . Постоянной тенденцией в электронике является более тесная интеграция электронных компонентов, часто переносящая все больше и больше функций на саму интегральную схему.
Исследователи из Columbia Engineering сообщают, что они построили, по их словам, самую маленькую однокристальную систему в мире с общим объемом менее 0,1 мм3. Система размером с пылевого клеща видна только под микроскопом. Чтобы добиться этого, команда использовала ультразвук как для питания устройства, так и для беспроводной связи с ним. Исследование было опубликовано 7 мая 2020 г. в журнале Science Advances .
«Мы хотели посмотреть, насколько далеко мы сможем раздвинуть границы того, насколько маленьким мы можем сделать функционирующий чип», - сказал руководитель исследования Кен Шепард, профессор электротехники Lau Family и профессор биомедицинской инженерии. «Это новая идея« микросхемы как системы »- это микросхема, которая является полностью функционирующей электронной системой. Это должно быть революционным для разработки беспроводных миниатюрных имплантируемых медицинских устройств, которые могут воспринимать разную информацию, будь то используется в клинических целях и в конечном итоге одобрен для использования человеком ».
В команду также входили Элиза Конофагу, Роберт и Маргарет Харири, профессор биомедицинской инженерии и профессор радиологии, а также Стивен А. Ли, доктор философии. студент лаборатории Конофагу, который помогал в исследованиях на животных.
Дизайн был разработан докторантом Чен Ши, который является первым автором исследования. Дизайн Ши уникален своей объемной эффективностью, количеством функций, содержащихся в заданном объеме. Традиционные радиочастотные каналы связи невозможны для такого маленького устройства, потому что длина волны электромагнитной волны слишком велика по сравнению с размером устройства. Поскольку длины волн для ультразвука намного меньше на данной частоте, потому что скорость звука намного меньше скорости света, команда использовала ультразвук как для питания устройства, так и для беспроводной связи с ним. Они изготовили «антенну» для связи и питания от ультразвука прямо наверху чипа.
Чип, представляющий собой всю имплантируемую / инъекционную частичку без дополнительной упаковки, был изготовлен Тайваньской компанией по производству полупроводников с дополнительными модификациями процесса, выполненными в чистом помещении Columbia Nano Initiative и Городском университете Нью-Йоркского центра перспективных научных исследований (ASRC).
Шепард прокомментировал: «Это хороший пример технологии« больше, чем Мур »- мы ввели новые материалы в стандартный дополнительный металл-оксид-полупроводник, чтобы обеспечить новую функцию. В этом случае мы добавили пьезоэлектрические материалы непосредственно в интегральную схему для акустического преобразователя. энергия в электрическую энергию ".
Конофагу добавил: «Ультразвук продолжает приобретать клиническое значение по мере появления новых инструментов и методов. Эта работа продолжает эту тенденцию».
Цель команды - разработать чипы, которые можно вводить в тело с помощью иглы для подкожных инъекций, а затем передавать обратно из организма с помощью ультразвука , предоставляя информацию о том, что они измеряют локально. Современные устройства измеряют температуру тела, но есть еще много возможностей, над которыми работает команда.
Для того, чтобы получить информацию с такого, внедренного в организм датчика, нужен специальный приемник и передатчик ультразвука, который касается вашего тела, как при обычной процедуре исследования ультразвуком.
На сегодняшний день такой ЧИП может передать лишь данные о температуре тела или частоту пульса И НИЧЕГО БОЛЬШЕ.
Использовать ЧИП в шпионских целях невозможно, так как для приема информации с ЧИПа нужен непосредственный контакт с той частью тела, куда внедрен ЧИП.
