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 систему здравоохранения 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 обычная имплантированная электроника очень неэффективна по объему и требует большего количества микросхем, корпусов, кабелей и внешних преобразователей. Самое главное, 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 возможного размера работающего чипа», — говорит руководитель студии. 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 беспроводных миниатюрных имплантируемых медицинских устройств, которые могут воспринимать разные вещи, использоваться в клинических приложениях и, возможно, даже для человека.
Проект реализовал докторант Чен Ши, который является первым автором исследования.
Дизайн Ши уникален своей объемной эффективностью. Традиционные радиочастотные каналы связи невозможны для такого маленького устройства, потому что длина волны электромагнитной волны слишком велика для размера устройства.
Поскольку длина волны ультразвука на заданной частоте намного меньше (скорость звука намного меньше скорости света), команда использовала ультразвук как для питания, так и для беспроводной связи с устройством.
Таким образом, команда изготовила «антенну» для связи и питания ультразвука прямо поверх чипа.
«Невидимый» чип для инъекций
Чип, имплантируемый/инъецируемый как есть, был изготовлен на Тайваньской компании по производству полупроводников.
Ультразвук продолжает приобретать клиническое значение по мере появления новых инструментов и методов. Эта работа продолжает эту тенденцию.
Цель команды состоит в том, чтобы разработать чипы, которые можно вводить в организм с помощью иглы для подкожных инъекций, а затем передавать информацию извне с помощью ультразвука, предоставляя информацию о том, что они измеряют локально.
