Columbia Engineers разрабатывает самую маленькую однокристальную систему с полностью функционирующей электронной схемой.
Этот имплантируемый чип, который можно увидеть только под микроскопом, показывает будущее, характеризующееся чипами, которые можно вводить в тело с помощью иглы для подкожных инъекций для наблюдения за состоянием здоровья.
Имплантируемые медицинские устройства, внутренняя революция
Они уже широко используются для мониторинга и картирования биологических сигналов. Или для поддержки и улучшения физиологических функций. Даже для лечения болезней.
Имплантируемые медицинские устройства меняют здравоохранение и улучшают качество жизни миллионов людей.
Однако исследователи сосредоточены на устройствах, которые могут передавать данные in vivo и in situ в режиме реального времени. Круглосуточный контроль температуры, артериального давления, глюкозы и дыхания, как на приборной панели, произвел бы революцию как в диагностических, так и в терапевтических процедурах.
След, от которого нужно избавиться
На сегодняшний день традиционная имплантированная электроника крайне неэффективна с точки зрения объема: требуется больше чипов, упаковки, кабелей и внешних преобразователей. Что еще более важно, батареи часто необходимы для хранения энергии.
Постоянной тенденцией в электронике является более тесная интеграция электронных компонентов, часто переносящая все больше и больше функций на саму интегральную схему.
Исследователи Columbia Engineering построили, по их словам, самую маленькую однокристальную систему в мире. Он занимает общий объем менее 0,1 мм3.
Кусочек размером с пылевого клеща, видимый только под микроскопом.
Чтобы добиться этого, команда использовала ультразвук как для питания устройства, так и для беспроводной связи с ним.
Исследование опубликовано в Интернете. в достижениях науки.
«Мы хотели посмотреть, насколько далеко мы сможем раздвинуть границы того, насколько маленькими мы можем сделать работающий чип», — говорит руководитель исследования. Кен Шепард, профессор электротехнической и биомедицинской инженерии.
Новое представление о микросхеме как системе
Больше ничего не нужно: сам по себе чип - это полноценная электронная система.
Это может стать революционным подходом к разработке миниатюрных беспроводных имплантируемых медицинских устройств, способных воспринимать разные вещи, использоваться в клинических целях и, возможно, даже для людей.
Проект реализовал докторант Чен Ши, который является первым автором исследования.
Дизайн Ши уникален по своей объемной эффективности. Традиционные радиочастотные линии связи невозможны для такого маленького устройства, поскольку длина волны электромагнитной волны слишком велика по сравнению с размером устройства.
Поскольку длины волн ультразвука на данной частоте намного меньше (скорость звука намного меньше скорости света), команда использовала ультразвук для питания устройства и связи с ним по беспроводной сети.
Таким образом, команда изготовила «антенну» для связи и мощности ультразвука прямо поверх чипа.
«Невидимый» чип для инъекции
Чип, имплантируемый/инъекционный, был изготовлен Тайваньской компанией по производству полупроводников.
Ультразвук продолжает приобретать клиническое значение по мере появления новых инструментов и методов. Эта работа продолжает эту тенденцию.
Цель команды — разработать чипы, которые можно будет вводить в организм с помощью иглы для подкожных инъекций, а затем передавать информацию наружу посредством ультразвука, предоставляя информацию о том, что они измеряют локально.
