Самая маленькая в мире однокристальная система, устанавливаемая на кончике иглы для подкожных инъекций.
О разработке сообщили исследователи из Columbia Engineering.
Продолжающаяся миниатюризация электроники открывает некоторые захватывающие возможности, когда речь идет о том, что мы можем разместить в своем теле для контроля и улучшения своего здоровья.
Инженеры Колумбийского университета продемонстрировали экстремальную версию этой технологии, разработав самую маленькую из когда-либо созданных однокристальных систем, которые можно было бы имплантировать с помощью иглы для подкожных инъекций для измерения температуры внутри тела и, возможно, многого другого.
От имплантатов размером с божью коровку, которые отслеживают уровень кислорода в глубоких тканях тела, до крошечных датчиков « нервной пыли », отслеживающих нервные сигналы в режиме реального времени, ученые делают большие шаги, когда дело доходит до функциональности крошечных электронных устройств.
Имплант, разработанный Columbia Engineers, открывает новые горизонты в качестве самой маленькой однокристальной системы в мире, которая представляет собой полностью функциональную электронную схему с общим объемом менее 0,1 — 3 мм.
Это делает его маленьким, как пылевой клещ, и видимым только под микроскопом.
Для создания крошечного чипа требовалось нестандартное мышление, особенно когда речь идет о способах связи и питании.
Там, где небольшая электроника может иметь радиочастотные (RF) модули для передачи и приема электромагнитных радиосигналов, эти длины волн слишком велики для использования с таким маленьким устройством.
С другой стороны, длины ультразвуковых волн намного меньше на данной частоте, поскольку скорость звука намного меньше скорости света, с которой распространяются электромагнитные волны.
Итак, команда включила пьезоэлектрический преобразователь, который действует как «антенна» для беспроводного питания и связи через ультразвук.
Это в сочетании со встроенным маломощным датчиком температуры превращает чип в датчик для измерения температуры в реальном времени, позволяя контролировать температуру тела, а также колебания температуры, вызванные терапевтическим применением ультразвука.
Возможности имплантата были продемонстрированы на живых мышах, где он использовался для ультразвуковой нейростимуляции, и до семи имплантировали мышам одновременно с помощью внутримышечной инъекции с помощью шприца.
Ученые представляют, что эти типы чипов имплантируются в человеческое тело, а затем передают по беспроводной сети информацию о том, что они измеряют с помощью ультразвука.
В его нынешней форме это ограничивается температурой тела, но другие возможности включают артериальное давление, уровень глюкозы и респираторную функцию.
«Мы хотели посмотреть, насколько далеко мы сможем раздвинуть границы того, насколько маленьким можно будет сделать функционирующий чип», — говорит руководитель исследования Кен Шепард.
«Это новая идея« микросхемы как системы »- это микросхема, которая сама по себе, ни чем иным образом, является полностью функционирующей электронной системой.
Это должно быть революционным для разработки беспроводных миниатюрных имплантируемых медицинских устройств, которые могут воспринимать разные вещи, использоваться в клинических целях и в конечном итоге это может быть одобрено для использования человеком ».
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances .