Los chips de inyección inalámbricos pequeños utilizan ultrasonido para monitorear los procesos en el cuerpo

Ampliamente utilizados para monitorear y mapear señales biológicas, apoyar y mejorar las funciones fisiológicas y tratar enfermedades, los dispositivos médicos implantables están transformando la atención médica y mejorando la calidad de vida de millones de personas. Los científicos están cada vez más interesados ​​en diseñar dispositivos médicos implantables miniaturizados inalámbricos para la monitorización fisiológica in vivo e in situ. Estos dispositivos pueden usarse para monitorear condiciones fisiológicas tales como temperatura, presión sanguínea, glucosa y respiración en procedimientos tanto de diagnóstico como terapéuticos.

Hasta ahora, la electrónica implantada convencional ha sido muy ineficiente en términos de volumen, por lo general requiere muchos chips, paquetes, cables y transductores externos, y a menudo se necesitan baterías para almacen de energia. Una tendencia constante en la electrónica es la integración más estrecha de los componentes electrónicos, a menudo transfiriendo más y más funciones al chip mismo.

Los científicos de Columbia Engineering informan que han creado lo que creen que es el sencillo más pequeño del mundo.simbólico consumiendo un volumen total de menos de 0,1 mm3. El sistema es tan pequeño como un ácaro y solo es visible al microscopio. Para lograr esto, el equipo utilizó ultrasonido para alimentar y comunicarse de forma inalámbrica con el dispositivo. El estudio fue publicado en línea el 7 de mayo en Progreso cientifico.

“Queríamos ver hasta dónde podemos traspasar los límites de cómo se puede hacer un pequeño chip funcional”, dijo el líder del estudio Ken Shepard, profesor de ingeniería eléctrica y profesor de ingeniería biomédica en la familia Lau. “Este es un nuevo concepto de ‘chip como sistema’: es un chip que es en sí mismo, sin nada más, un sistema electrónico en pleno funcionamiento. Esto debería ser revolucionario para el desarrollo miniaturizado inalámbrico. dispositivos médicos implantables que puede detectar cosas, ser utilizado en aplicaciones clínicas y finalmente aprobado para uso humano“.

El equipo también incluyó a Elisa Konofagou, Robert y Margaret Hariri, profesor de ingeniería biomédica y profesor de radiología, y el Dr. Stephen A. Lee. un estudiante del laboratorio de Konofagou que ayudó con la investigación con animales.

El proyecto fue realizado por el estudiante de doctorado Chen Shi, quien es el primer autor del estudio. El diseño de Shi es único en términos de eficiencia volumétrica, la cantidad de funciones contenidas en una determinada cantidad de volumen. Los enlaces de comunicación de RF tradicionales no son posibles con dispositivos tan pequeños porque la longitud de onda electromagnética es demasiado larga para el tamaño del dispositivo. Dado que las longitudes de onda ultrasónicas son mucho más cortas a una frecuencia determinada porque la velocidad del sonido es mucho más lenta que la velocidad de la luz, el equipo utilizó ultrasonidos para alimentar y comunicarse de forma inalámbrica con el dispositivo. Construyeron una “antena” para la comunicación y la alimentación mediante ultrasonidos directamente en el chip.

El chip, que es una celda completa implantable / inyectable sin embalaje adicional, se fabricó en Taiwan Semiconductor Manufacturing Company con modificaciones de proceso adicionales realizadas en la sala limpia de la Iniciativa Columbia Nano y en las instalaciones del Centro de Investigación Científica Avanzada (ASRC) del Centro de Nanofabricación de la Universidad de Nueva York. .

Shepard comentó: “Este es un buen ejemplo de tecnología” más que Moore “: hemos incorporado nuevos materiales en el semiconductor de óxido metálico complementario estándar para proporcionar una nueva característica. En este caso, agregamos materiales piezoeléctricos directamente al chip para el transductor acústico. energía en electricidad “.

Konofagou agregó: “El ultrasonido está ganando importancia clínica a medida que surgen nuevas herramientas y técnicas. Este trabajo continúa esa tendencia “.

El objetivo del equipo es desarrollar chips que puedan inyectarse en el cuerpo con una aguja hipodérmica y luego comunicarse con el cuerpo a través de una aguja hipodérmica. ultrasonidoproporcionando información sobre algo que miden localmente. Los dispositivos actuales miden la temperatura corporal, pero hay muchas otras posibilidades en las que el equipo está trabajando.