チップ上のミニチュア肺心臓センサー
チップ上のミニチュアセンサーのコアメカニズムには、270ナノメートル（人間の髪の毛の幅約0.005）のスペースで隔てられた互いに重なり合う2層のシリコンが組み込まれています。それらは微小な電圧を運びます。体の動きや音による振動により、チップの一部がフラックスになり、電圧フラックスが生成され、読み取り可能な電子出力が作成されます。人間によるテストでは、チップは肺と心臓の機械的働きからのさまざまな信号を明確に記録しました。これらの信号は、現在の医療技術による意味のある検出から逃れることがよくあります。
このチップは、電子聴診器と加速度計の1つとして機能し、加速度計コンタクトマイクと呼ばれています。空気中の音のように体の芯の外側から気を散らすノイズを防ぎながら、体内からチップに入る振動を検出します。皮膚や衣服をこすっても摩擦は聞こえませんが、体内からの音に非常に敏感であるため、衣服を通しても有用な振動を拾います。
検出帯域幅は非常に大きく、広いスイープモーションから聞こえない高音まであります。したがって、センサーチップは、心拍の詳細、心臓が体に送る波、呼吸数と肺音を同時に記録します。ウォーキングなどの着用者の身体活動も追跡します。信号は同期して記録され、患者の心臓と肺の健康状態の全体像を提供する可能性があります。この研究では、研究者は「ギャロップ」の録音に成功しました。これは、心拍の「ラブダブ」に続くかすかな3番目の音です。ギャロップは通常、心不全のとらえどころのない手がかりです。
チップの主なエンジニアリング原理は単純ですが、主にシリコン層間のギャップ、つまり電極のスケールが非常に小さいため、チップを機能させて製造可能にすることは困難でした。 2×2ミリメートルのセンサーチップをサッカー場のサイズに拡張すると、そのエアギャップは約1インチ幅になります。 2つの電極を隔てるその非常に薄いギャップは、層間の空気中の力によってさえも接触することができないため、センサー全体が真空キャビティ内に密閉されています。
研究者たちは、HARPSS +プラットフォーム（高アスペクト比のポリおよび単結晶シリコン）と呼ばれる製造プロセスを使用して大量生産を行い、手サイズのシートを流して小さなセンサーチップにカットしました。 HARPSS +は、このような一貫して薄いギャップを実現する最初の報告された大量生産プロセスであり、このような多くの高度なMEMSのハイスループット製造を可能にしました。実験装置は現在バッテリー駆動であり、信号調整回路と呼ばれる2番目のチップを使用して、センサーチップの信号をパターン化された読み取り値に変換します。 3つ以上のセンサーを胸部バンドに挿入して、健康信号を三角測量し、それらのソースを特定することができます。いつの日か、デバイスは、血流で発生する乱流によって新たな心臓弁の欠陥を特定したり、肺のかすかなパチパチという音によって癌性病変を特定したりする可能性があります。
センサー