Поставянето на електроника в нашето тяло, така че да циркулира заедно с червените кръвни клетки за наблюдение и картографиране на биологични сигнали, подкрепа и подобряване на физиологичните функции и лечение на заболявания е нещо все по-желателно в света на медицината. Имплантируемите медицински устройства превръщат здравеопазването и подобряват качеството на живот на милиони хора.
Изследователи от Columbia Engineering са изработили най-малката едночипова система в света, която е напълно функционираща електронна схема с общ обем по-малък от 0,1 кубични милиметра. Системата е малка като прахов кърлеж и се вижда само под микроскоп.
За да постигне това, екипът използва ултразвук както за захранване, така и за комуникация с устройството безжично. Малкият чип може да бъде имплантиран чрез подкожна игла за измерване на вътрешна телесна температура, кръвно налягане, глюкоза и потенциално много повече.
Обикновено малката електроника разполага с радиочестотни (RF) модули за предаване и приемане на електромагнитни сигнали, но тези дължини на вълните са твърде големи, за да се използват с толкова малко устройство. Ултразвуковите дължини на вълните, от друга страна, са много по-малки при дадена честота, тъй като скоростта на звука е много по-малка от скоростта на светлината. Ето защо екипът е включил пиезоелектричен преобразувател, който действа като „антена“ за комуникация и захранване с устройството безжично, използвайки ултразвукови вълни.
Когато се комбинира с температурен сензор с ниска мощност, за да трансформира чипа в температурна сонда в реално време, устройството ще може да наблюдава телесната температура в допълнение към малките вариации в температурата, свързани с терапевтичното използване на ултразвук. Това трябва да е революционно за разработването на безжични, миниатюризирани имплантируеми медицински устройства, които могат да усещат различни неща, да се използват в клинични приложения и в крайна сметка да бъдат одобрени за употреба от хора.
„Това е хубав пример за технологията„ повече от Мур “- въведохме нови материали върху стандартния комплементарен метален оксид-полупроводник, за да осигурим нова функция“, каза ръководителят на екипа Кен Шепърд. „В този случай добавихме пиезоелектрични материали директно към интегралната схема, за да преобразуваме акустичната енергия в електрическата енергия.“
„Ултразвукът продължава да нараства от клинично значение, тъй като стават достъпни нови инструменти и техники. Тази работа продължава тази тенденция “, добави член на екипа Елиса Конофагу.
В момента доказателствената концепция на импланта е демонстрирана на живи мишки, където се използва за ултразвукова невростимулация. В експеримента те имплантират до седем мишки наведнъж с интрамускулно инжектиране чрез спринцовка.
Целта на екипа е да разработи чипове, които могат да се инжектират в тялото с подкожна игла и след това да комуникират обратно извън тялото с помощта на ултразвук, предоставяйки информация за нещо, което измерват локално. Настоящите устройства измерват телесната температура, но има много повече възможности, по които екипът работи.
Превод: Редакция „Нова Вест“, Ралица Димитрова
