Un nou studiu arată că medicina utilizează și va utiliza pe viitor cipuri injectabile, wireless, care utilizează ultrasunete pentru a monitoriza procesele corpului, arată EurekAlert.
Inginerii din Columbia au dezvoltat cel mai mic sistem cu un singur cip: este vorba despre un circuit electronic complet funcțional. Cipurile implantabile sunt vizibile doar la microscop și vor putea fi injectate în corp cu un ac hipodermic.
Dispozitivele injectabile pot monitoriza condițiile fiziologice: temperatura, tensiunea arterială, glucoza sau respirația
New York, NY – 11 mai 2021 – procedura va fi utilizată pe scară largă pentru a monitoriza semnalele biologice, pentru a sprijini și îmbunătăți funcțiile fiziologice și pentru a trata bolile. Dispozitivele medicale implantabile transformă asistența medicală și îmbunătățesc calitatea vieții pentru milioane de oameni.
Aceste dispozitive ar putea fi utilizate pentru a monitoriza condițiile fiziologice, cum ar fi temperatura, tensiunea arterială, glucoza și respirația, atât pentru proceduri de diagnostic cât și terapeutice.
Până în prezent, dispozitivele electronice convenționale implantate au fost extrem de ineficiente. Este nevoie de mai multe cipuri, ambalaje, fire și traductoare externe, iar bateriile sunt deseori necesare pentru stocarea energiei.
Cercetătorii de la Columbia Engineering raportează că au reușit să perfecționeze cel mai mic sistem monocip din lume, consumând un volum total mai mic de 0,1 mm3. Sistemul este minuscul și vizibil doar la microscop. Pentru a realiza acest lucru, echipa a folosit ultrasunete atât pentru a alimenta, cât și pentru a comunica cu dispozitivul fără fir. Studiul a fost publicat online pe 7 mai în Science Advances.
”Am vrut să vedem cât de departe am putea ajunge. Am vrut să depășim limitele pentru a putea produce un cip funcțional”, a declarat liderul studiului Ken Shepard, profesor Lau Family Inginerie electrică și profesor inginerie biomedicală.
”Acest lucru ar trebui să fie revoluționar pentru dezvoltarea dispozitivelor medicale injectabile: sunt fără fir, miniaturizate. De asemenea, pot fi utilizate în aplicații clinice”, a explicat Ken Shepard.
Echipa este formată și din cercetători precum Elisa Konofagou, Robert și Margaret Hariri profesor de inginerie biomedicală și profesor de radiologie, precum și Stephen A. Lee, doctorand în laboratorul Konofagou.
”Un frumos exemplu de tehnologie”
Proiectarea a fost realizată de doctorandul Chen Shi, care este primul autor al studiului. Designul lui Shi este unic prin eficiența sa volumetrică, cantitatea de funcție conținută într-o cantitate dată de volum. Legăturile tradiționale de comunicații RF nu sunt posibile pentru un dispozitiv atât de mic, deoarece lungimea de undă a undei electromagnetice este prea mare în raport cu dimensiunea dispozitivului.
Deoarece lungimile de undă pentru ultrasunete sunt mult mai mici la o anumită frecvență și deoarece viteza sunetului este mult mai mică decât viteza luminii, echipa a folosit ultrasunetele atât pentru a alimenta, cât și pentru a comunica cu dispozitivul fără fir. Au fabricat „antena” pentru comunicarea și alimentarea cu ultrasunete direct pe partea superioară a cipului.
Cipul, care este întregul motor implantabil / injectabil, fără ambalaj suplimentar, a fost fabricat la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, cu modificări suplimentare ale procesului efectuate în camera curată Columbia Nano Initiative și la Nanofabricarea Centrului Avansat de Cercetare Științifică (ASRC) din City University.
Shepard a concluzionat: ”Acesta este un frumos exemplu de tehnologie. Am introdus noi materiale pe semiconductori standard-oxid-metal complementari pentru a oferi o nouă funcție. În acest caz, am adăugat materiale piezoelectrice direct pe circuitul integrat la traductor, energie acustică la energie electrică”.
