21.07.2021 13:27
Columbia Engineers разрабатывает самую маленькую однокристальную систему, которая представляет собой полностью работающую электронную схему; имплантируемые чипы, видимые только в микроскоп, указывающие путь к развитию чипов, которые можно ввести в тело с помощью иглы для подкожных инъекций для наблюдения за состоянием здоровья.
Имплантируемые медицинские устройства, широко используемые для мониторинга и картирования биологических сигналов, для поддержки и улучшения физиологических функций, а также для лечения заболеваний, улучшают качество жизни миллионов людей. Исследователи все больше интересуются разработкой беспроводных миниатюрных имплантируемых медицинских устройств для физиологического мониторинга in vivo и in situ. Эти устройства можно использовать для слежения за физиологическими условиями, таких как температура, артериальное давление, глюкоза и дыхание, а также диагностических и терапевтических процедур.
До сих пор обычная имплантированная электроника была очень неэффективной по объему - обычно требуется несколько микросхем, корпусов, проводов и внешних преобразователей, а для хранения энергии часто требуются батареи. Постоянной тенденцией в электронике является более тесная интеграция электронных компонентов, часто переносящая все больше и больше функций на саму интегральную схему.
Исследователи из Columbia Engineering сообщают, что они построили самую маленькую в мире однокристальную систему с общим объемом менее 0,1 мм. Система размером с пылевого клеща видна только под микроскопом. Чтобы добиться этого, команда использовала ультразвук как для питания устройства, так и для беспроводной связи с ним.
«Мы хотели посмотреть, насколько далеко мы сможем раздвинуть границы того, насколько маленьким можно сделать функционирующий чип», - заявил руководитель исследования Кен Шепард , профессор электротехники Lau Family и профессор биомедицинской инженерии.
Микросхема является полноценной функционирующей электронной системой. Это революция в разработке беспроводных миниатюрных имплантируемых медицинских устройств, ведь они могут воспринимать различные объекты, использоваться в клинических приложениях и, в конечном итоге, могут быть одобрены для лечения различных заболеваний.
Традиционные радиочастотные каналы связи невозможны для такого маленького устройства, потому что длина электромагнитной волны слишком велика по сравнению с размером устройства. И так как длины волн для ультразвука намного меньше на данной частоте (скорость звука намного меньше скорости света), команда использовала ультразвук как для питания устройства, так и для беспроводной связи с ним. Они изготовили «антенну» для связи и питания от ультразвука прямо на чипе.
Чип, представляющий собой инъекционную частицу, был изготовлен Тайваньской компанией по производству полупроводников, в Columbia Nano Initiative и Городском университете Нью-Йоркского центра перспективных научных исследований (ASRC).
«Это хороший пример развития технологии. Мы ввели новые материалы в стандартный дополнительный металл-оксид-полупроводник, чтобы обеспечить новую функцию. В этом случае мы добавили пьезоэлектрические материалы непосредственно в интегральную схему, чтобы преобразовать акустическую энергию в электрическую».
Конофагу добавил: «Ультразвук продолжает приобретать клиническое значение по мере того, как становятся доступными новые инструменты и методы. Эта работа продолжает эту тенденцию».
Цель команды - разработать чипы, которые можно вводить в организм с помощью иглы для подкожных инъекций, а затем передавать обратно из организма с помощью ультразвука.
Школа инженерии и прикладных наук Columbia Engineering (Нью-Йорк, США)
https://advances.sciencemag.org/content/7/19/eabf6312
https://www.engineering.columbia.edu/pr ... -processes
