Най-малката в света безжична едночипова система може да бъде инжектирана

Тя е с размери 0.1 мм и може да наблюдава с ултразвук процесите в човешкото тяло

Ваня Милева Последна промяна на 22 май 2023 в 00:01 8130 0

Най-малкият досега компютърен чип се побира в подкожна игла

Кредит Chen Shi / Columbia Engineering

Най-малкият досега компютърен чип се побира в подкожна игла.

Електрониката става все по-малка, което открива нови пътища пред медицинските технологии за поставяне на усъвършенствани устройства за наблюдение и лечение в човешките тела.

Изследователи от Columbia Engineering наскоро са демонстрирали най-малката едночипова система в света, побираща се в обем от по-малко от 0,1 мм³. Системата е малка като прашинка и се вижда само под микроскоп. За да постигне това, екипът използва ултразвук както за захранване, така и за безжична комуникация с устройството. Проучването е публикувано неотдавна в списание Science Advances.

Изключително важно е, че малкият нов чип може да бъде имплантиран с помощта на подкожна игла, за да измерва вътрешната телесна температура и потенциално много повече параметри.

Миниатюрни, монолитно интегрирани, напълно безжични сензорни устройства с ултразвуково захранване и предаване на данни.
(A) Деконструирана схематична илюстрация на основните компоненти на устройството, включително CMOS температурен сензорен чип с две открити Al подложки, микромащабен PZT преобразувател, покрит със злато (Au) от двете страни, анизотропен проводим филм (ACF) и слой мед (Cu). (B) SEM изображение на системата, където PZT преобразувателят е монолитно интегриран върху повърхността на сензорния чип (снимка: Jeffrey Elloian, Columbia University). Системата е 300 μm широка, 380 μm дълга и 570 μm дебела (0,065 mm 3); тежи 0,3 mg. (C) Снимка на устройството, поставено върху монета, показваща относителния размер (снимка: Chen Shi, Columbia University). (D) Устройството, поставено на върха на игла 18-G (вътрешен диаметър, 0,84 mm, външен диаметър, 1,28 mm; снимка: Victoria Andino-Pavlovsky, Columbia University). (E) Седем чипа, заредени в спринцовка от 1 ml, напълнена с PBS разтвор (снимка: Victoria Andino-Pavlovsky, Columbia University). Кредит: Chen Shi at al.

Седем чипа имплантирани в мишки наведнъж 

От импланти с размер на калинка, които проследяват нивата на кислород дълбоко в телесните тъкани до малки сензори, колкото песъчинка, които наблюдават нервните сигнали в реално време, учените отбелязват голям напредък във функционалността на малки електронни устройства. Имплантът, разработен от Columbia Engineers, поставя нов рекорд като най-малката едночипова система в света, напълно функционална електронна схема.

Дизайнът на новото устройство е уникален по своята обемна ефективност, количеството функции, събрани в даден обем.

Традиционните радиочестотни комуникационни връзки не са възможни за толкова малко устройство, защото дължината на вълната на електромагнитните вълни е твърде голяма спрямо размера на устройството. Тъй като дължините на вълните за ултразвук са много по-малки при дадена честота, защото скоростта на звука е много по-малка от скоростта на светлината, екипът използва ултразвук както за захранване, така и за безжична комуникация с устройството. Те интегрират "антената" за комуникация и захранване с ултразвук директно върху чипа.

Всичко това, комбинирано с температурен сензор с ниска консумация на енергия, може да превърне чипът в температурна сонда в реално време.

Екипът демонстрира използването на устройството си за отчитане на температура, както като жизненоважен знак за човешкото здраве, важен за регулирането на метаболизма и поддържането на хомеостазата, така и като средство за изследване на топлинните ефекти, произтичащи от медицинските процедури. Примери за последното включват характеризиране на базирани на нагряване терапии за рак и терапевтично фокусиран ултразвук.

В хода на проучването концепцията на импланта е проверена върху живи мишки, при което е използвана ултразвукова невростимулация като са вкарани до седем импланта в мишките наведнъж чрез интрамускулна инжекция със спринцовка.

Записаната температура се сравнява с референтната температура и експериментът показва, че устройството не загрява изкуствено околната тъкан.

Инжекционният чип може да служи като система за "ранно предупреждение" срещу бъдещи епидемии

Такива миниатюрни чипове биха могли да се имплантират и в човешкото тяло, след което да предават измерена информация и данни безжично чрез ултразвук. В сегашния си вид устройството може да измерва само телесната температура, но евентуално би могло да следи и дихателната функция, нивата на глюкоза и кръвното налягане.

„Искахме да видим колко далеч можем да надхвърлим границите на това колко малък функциониращ чип можем да направим“, коментира за сайта на Columbia Engineering ръководителят на изследването Кен Шепард (Ken Shepard), професор по електроинженерство и професор по биомедицинско инженерство.

„Това е нова идея за „чип като система“ - това е чип, който сам, без нищо друго, е завършена функционираща електронна система."

"Това би трябвало да е революционно за разработването на безжични, миниатюрни имплантируеми медицински устройства, които могат да усещат различни неща, да се използват в клинични приложения и евентуално да бъдат одобрени за употреба от хора", допълва Шепард.

В един свят след коронавируса не е трудно да се видят непосредствените ползи от масовото инжектиране на доброкачествени устройства, способни да следят температурата ви. Един ден подобно нещо би могло да се превърне в система за ранно предупреждение на здравните власти за задаваща се пандемия. И макар че малкият компютърен чип все още е в най-ранна фаза, има какво още да се очаква, когато медицинските технологии започнат да навлизат в кибернетиката на бъдещето.

Справка: Application of a sub–0.1-mm3 implantable mote for in vivo real-time wireless temperature sensing
Chen Shi, Victoria Andino-Pavlovsky, Stephen A. Lee, Tiago Costa, Jeffrey Elloian, Elisa E. Konofagou and Kenneth L. Shepard
SCIENCE ADVANCES 7 May 2021 Vol 7, Issue 19 DOI: 10.1126/sciadv.abf6312

Източници: 

The Smallest-Ever Injectable Chip Hints at a New Cybernetic Medicine, Interesting Engineering, Inc.

Tiny, Wireless, Injectable Chips Use Ultrasound to Monitor Body Processes, Columbia University

World's smallest single-chip system can be injected into the body
Nick Lavars, New Atlas.

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !