Έλα! Τι λες τώρα; Δεν τα λέω εγώ οι επιστήμονες του πανεπιστημίου της Κολούμπια το λένε. Μικροσκοπικά, ασύρματα, ενέσιμα τσιπ Άρα γίνεται ε; – BINTEO

Μικροσκοπικά, ασύρματα, ενέσιμα τσιπ Χρησιμοποιήστε υπερήχους για να παρακολουθείτε τις διαδικασίες του σώματος

Οι μηχανικοί της Κολούμπια αναπτύσσουν το μικρότερο σύστημα ενός τσιπ που είναι ένα πλήρες λειτουργικό ηλεκτρονικό κύκλωμα. εμφυτεύσιμα τσιπ ορατά μόνο σε μικροσκόπιο δείχνουν το δρόμο για την ανάπτυξη τσιπς που μπορούν να εγχυθούν στο σώμα με μια υποδερμική βελόνα για την παρακολούθηση των ιατρικών καταστάσεων

ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ

Η μελέτη έχει τίτλο “Εφαρμογή ενός εμφυτεύσιμου γουρουνιού κάτω από 0,1 mm3 για in vivo ασύρματη ανίχνευση θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο.”

Εφημερίδα: Science Advances

Οι συγγραφείς είναι: Chen Shi 1, Victoria Andino-Pavlovsky 1, Stephen A. Lee 2, Tiago Costa 1,3, Jeffrey Elloian 1, Elisa E. Konofagou 2,4, Kenneth L. Shepard 1,2
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Κολούμπια
Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής, Πανεπιστήμιο Κολούμπια
Τμήμα Μικροηλεκτρονικής, Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Ντελφτ, Ολλανδία
Τμήμα Ακτινολογίας, Πανεπιστήμιο Κολούμπια

Η μελέτη υποστηρίχθηκε εν μέρει με επιχορήγηση από το Mδρυμα WM Keck και από τον οργανισμό Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) στο πλαίσιο της Σύμβασης HR0011-15-2-0054 και της Συμφωνίας Συνεργασίας D20AC00004.

Οι Chen Shi και Kenneth L. Shepard αναφέρονται ως εφευρέτες σε μια προσωρινή πατέντα που κατατέθηκε από το Πανεπιστήμιο Columbia (Αίτηση Διπλώματος Ευρεσιτεχνίας Αρ. 15/911,973). Οι άλλοι συγγραφείς δεν δηλώνουν ανταγωνιστικά ενδιαφέροντα.

Σχηματική αναπαράσταση της συσκευής.

Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη – 12 Μαΐου 2021 – Χρησιμοποιείται ευρέως για την παρακολούθηση και τη χαρτογράφηση βιολογικών σημάτων, την υποστήριξη και την ενίσχυση των φυσιολογικών λειτουργιών και τη θεραπεία ασθενειών, οι εμφυτεύσιμες ιατρικές συσκευές μεταμορφώνουν την υγειονομική περίθαλψη και βελτιώνουν την ποιότητα ζωής για εκατομμύρια ανθρώπους. Οι ερευνητές ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για το σχεδιασμό ασύρματων, μικροσκοπικών εμφυτεύσιμων ιατρικών συσκευών για in vivo και επί τόπου φυσιολογική παρακολούθηση. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση φυσιολογικών καταστάσεων, όπως η θερμοκρασία, η αρτηριακή πίεση, η γλυκόζη και η αναπνοή τόσο για διαγνωστικές όσο και για θεραπευτικές διαδικασίες.

Μέχρι σήμερα, τα συμβατικά εμφυτευμένα ηλεκτρονικά ήταν εξαιρετικά αναποτελεσματικά ως προς τον όγκο τους-απαιτούν γενικά πολλαπλά τσιπ, συσκευασίες, καλώδια και εξωτερικούς μετατροπείς, ενώ συχνά απαιτούνται μπαταρίες για την αποθήκευση ενέργειας. Μια σταθερή τάση στα ηλεκτρονικά ήταν η στενότερη ενσωμάτωση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, συχνά μεταφέροντας όλο και περισσότερες λειτουργίες στο ίδιο το ολοκληρωμένο κύκλωμα.

Οι ερευνητές της Columbia Engineering αναφέρουν ότι έχουν κατασκευάσει αυτό που λένε ότι είναι το μικρότερο σύστημα ενός τσιπ στον κόσμο, καταναλώνοντας συνολικό όγκο μικρότερο από 0,1 mm 3 . Το σύστημα είναι τόσο μικρό όσο ένα ακάρεα σκόνης και είναι ορατό μόνο κάτω από ένα μικροσκόπιο. Για να επιτευχθεί αυτό, η ομάδα χρησιμοποίησε υπερηχογράφημα τόσο για την τροφοδοσία όσο και για την ασύρματη επικοινωνία με τη συσκευή. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο στις 7 Μαΐου στο Science Advances .

“Θέλαμε να δούμε πόσο μακριά μπορούμε να υπερβούμε τα όρια για το πόσο μικρό τσιπ θα μπορούσαμε να φτιάξουμε”, δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Κεν Σέπαρντ , καθηγητής ηλεκτρικής μηχανικής της οικογένειας Lau και καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής . «Αυτή είναι μια νέα ιδέα του« τσιπ ως συστήματος » – αυτό είναι ένα τσιπ που από μόνο του, χωρίς τίποτα άλλο, είναι ένα πλήρες λειτουργικό ηλεκτρονικό σύστημα. Αυτό θα πρέπει να είναι επαναστατικό για την ανάπτυξη ασύρματων, μικροσκοπικών εμφυτεύσιμων ιατρικών συσκευών που μπορούν να αντιληφθούν διαφορετικά πράγματα, να χρησιμοποιηθούν σε κλινικές εφαρμογές και τελικά να εγκριθούν για ανθρώπινη χρήση ».

Η ομάδα περιελάμβανε επίσης την Elisa Konofagou , Robert και Margaret Hariri Καθηγήτρια Βιοϊατρικής μηχανικής και καθηγήτρια ακτινολογίας, καθώς και τον Stephen A. Lee, διδακτορικό στο εργαστήριο Konofagou που βοήθησε στις μελέτες σε ζώα.

Ο σχεδιασμός έγινε από τον διδάκτορα Chen Shi, ο οποίος είναι ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης. Ο σχεδιασμός του Shi είναι μοναδικός στην ογκομετρική του απόδοση, το μέγεθος της λειτουργίας που περιέχεται σε μια δεδομένη ποσότητα όγκου. Οι παραδοσιακοί σύνδεσμοι επικοινωνίας RF δεν είναι δυνατοί για μια τόσο μικρή συσκευή επειδή το μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι πολύ μεγάλο σε σχέση με το μέγεθος της συσκευής. Επειδή τα μήκη κύματος για υπερήχους είναι πολύ μικρότερα σε μια δεδομένη συχνότητα επειδή η ταχύτητα του ήχου είναι πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός, η ομάδα χρησιμοποίησε υπερήχους τόσο για την τροφοδοσία όσο και για την ασύρματη επικοινωνία με τη συσκευή. Κατασκεύασαν την “κεραία” για επικοινωνία και τροφοδοσία με υπερηχογράφημα απευθείας στην κορυφή του τσιπ.

Το τσιπ, το οποίο είναι ολόκληρο το εμφυτεύσιμο/ενέσιμο στίγμα χωρίς πρόσθετη συσκευασία, κατασκευάστηκε στην Taiwan Semiconductor Manufacturing Company με πρόσθετες τροποποιήσεις της διαδικασίας που πραγματοποιήθηκαν στην αίθουσα καθαρισμού Columbia Nano Initiative και στο Nanofabrication του City University of New York Advanced Science Research Center (ASRC) Ευκολία.

Ο Shepard σχολίασε: «Αυτό είναι ένα ωραίο παράδειγμα τεχνολογίας« περισσότερο από Moore »-εισαγάγαμε νέα υλικά στον τυπικό συμπληρωματικό ημιαγωγό οξειδίου μετάλλου για να παρέχουμε νέα λειτουργία. Σε αυτή την περίπτωση, προσθέσαμε πιεζοηλεκτρικά υλικά απευθείας στο ολοκληρωμένο κύκλωμα για να μετατρέψουμε την ηχητική ενέργεια στην ηλεκτρική ενέργεια. “

Ο Konofagou πρόσθεσε, «Ο υπέρηχος συνεχίζει να αυξάνεται σε κλινική σημασία καθώς γίνονται διαθέσιμα νέα εργαλεία και τεχνικές. Αυτή η δουλειά συνεχίζει αυτήν την τάση. “

Ο στόχος της ομάδας είναι να αναπτύξει μάρκες που μπορούν να εγχυθούν στο σώμα με μια υποδερμική βελόνα και στη συνέχεια να επικοινωνήσουν έξω από το σώμα χρησιμοποιώντας υπερηχογράφημα, παρέχοντας πληροφορίες για κάτι που μετρούν τοπικά. Οι τρέχουσες συσκευές μετρούν τη θερμοκρασία του σώματος, αλλά υπάρχουν πολλές περισσότερες δυνατότητες στις οποίες εργάζεται η ομάδα.

###

Μηχανική Κολούμπια

Η Columbia Engineering, με έδρα τη Νέα Υόρκη, είναι μία από τις κορυφαίες σχολές μηχανικής στις ΗΠΑ και μία από τις παλαιότερες στο έθνος. Γνωστή και ως The Fu Foundation School of Engineering and Applied Science, η Σχολή επεκτείνει τη γνώση και προάγει την τεχνολογία μέσω της πρωτοποριακής έρευνας των περισσότερων από 220 καθηγητών της, ενώ εκπαιδεύει προπτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές σε συνεργατικό περιβάλλον για να γίνουν ηγέτες ενημερωμένοι από μια σταθερή βάση μηχανική. Η σχολή της Σχολής βρίσκεται στο επίκεντρο της διεπιστημονικής έρευνας του Πανεπιστημίου, συμβάλλοντας στο Data Science Institute, το Earth Institute, το Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, το Precision Medicine Initiative και το Columbia Nano Initiative. Με γνώμονα το στρατηγικό όραμά της, «Columbia Engineering for Humanity,