Ampliamente utilizados para monitorear y mapear señales biológicas, para respaldar y mejorar las funciones fisiológicas y para tratar enfermedades, los dispositivos médicos implantables están transformando la atención médica y mejorando la calidad de vida de millones de personas. Los investigadores están cada vez más interesados en diseñar dispositivos implantables miniaturizados e inalámbricosDispositivos médicos para monitoreo fisiológico in vivo e in situ. Estos dispositivos podrían usarse para monitorear condiciones fisiológicas, como temperatura, presión arterial, glucosa y respiración, tanto para procedimientos de diagnóstico como terapéuticos.
Hasta la fecha, los dispositivos electrónicos implantados convencionales han sido altamente ineficientes en cuanto al volumen; generalmente requieren múltiples chips, empaques, cables y transductores externos, y a menudo se necesitan baterías para el almacenamiento de energía. Una tendencia constante en la electrónica ha sido la integración más estricta de dispositivos electrónicoscomponentes, moviendo a menudo más y más funciones al circuito integrado mismo.
Investigadores de Columbia Engineering informan que han construido lo que dicen que es el sistema de un solo chip más pequeño del mundo, que consume un volumen total de menos de 0,1 mm3. El sistema es tan pequeño como un ácaro del polvo y solo se puede ver bajo un microscopio.Para lograr esto, el equipo usó ultrasonido para alimentar y comunicarse con el dispositivo de forma inalámbrica. El estudio se publicó en línea el 7 de mayo en avances científicos .
"Queríamos ver hasta dónde podíamos llevar los límites de lo pequeño que podíamos hacer un chip funcional", dijo el líder del estudio, Ken Shepard, profesor de ingeniería eléctrica de la familia Lau y profesor de ingeniería biomédica. "Esta es una nueva idea.de 'chip como sistema': este es un chip que, por sí solo, sin nada más, es un sistema electrónico de funcionamiento completo. Esto debería ser revolucionario para el desarrollo de dispositivos médicos implantables, miniaturizados e inalámbricos que pueden detectar diferentes cosas, usarse en aplicaciones clínicas,y finalmente aprobado para uso humano ".
El equipo también incluyó a Elisa Konofagou, Robert y Margaret Hariri, profesora de ingeniería biomédica y profesora de radiología, así como Stephen A. Lee, estudiante de doctorado en el laboratorio de Konofagou que ayudó en los estudios con animales.
El diseño fue realizado por el estudiante de doctorado Chen Shi, quien es el primer autor del estudio. El diseño de Shi es único en su eficiencia volumétrica, la cantidad de función contenida en una determinada cantidad de volumen. Los enlaces de comunicaciones de RF tradicionales no sonposible para un dispositivo tan pequeño porque la longitud de onda de la onda electromagnética es demasiado grande en relación con el tamaño del dispositivo. Porque las longitudes de onda para el ultrasonido son mucho más pequeñas a una frecuencia dada porque la velocidad del sonido es mucho menor que la velocidad de la luz, el equipo utilizó ultrasonido para alimentar y comunicarse con el dispositivo de forma inalámbrica. Fabricaron la "antena" para comunicarse y alimentarse con ultrasonido directamente en la parte superior del chip.
El chip, que es todo el mote 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 Nano de Columbia y el Centro de Investigación Científica Avanzada de la Universidad de la Ciudad de Nueva York ASRC. Instalación de nanofabricación.
Shepard comentó: "Este es un buen ejemplo de tecnología 'más que Moore': introdujimos nuevos materiales en semiconductores de óxido de metal complementarios estándar para proporcionar una nueva función. En este caso, agregamos materiales piezoeléctricos directamente en el circuito integradopara convertir la energía acústica en energía eléctrica. "
Konofagou agregó: "El ultrasonido continúa creciendo en importancia clínica a medida que se encuentran disponibles nuevas herramientas y técnicas. Este trabajo continúa esta tendencia".
El objetivo del equipo es desarrollar chips que puedan inyectarse en el cuerpo con una aguja hipodérmica y luego comunicarse fuera del cuerpo mediante ultrasonido, proporcionando información sobre algo que miden localmente. Los dispositivos actuales miden la temperatura corporal, pero hay muchosmás posibilidades en las que el equipo está trabajando.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Original escrito por Holly Evarts. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :