小型でワイヤレスの注射可能なチップは、超音波を使用して体のプロセスを監視します

コロンビアのエンジニアは、完全に機能する電子回路である最小のシングルチップシステムを開発しました。顕微鏡でしか見えない埋め込み型チップは、皮下注射針で体内に注入して病状を監視できるチップを開発する方法を示しています。

生物学的信号の監視とマッピング、生理学的機能のサポートと強化、および病気の治療に広く使用されている埋め込み型医療機器は、医療を変革し、何百万人もの人々の生活の質を向上させています。研究者は、invivoおよびinsituの生理学的モニタリングのためのワイヤレス小型埋め込み型医療機器の設計にますます関心を持っています。これらのデバイスは、診断と治療の両方の手順で、体温、血圧、ブドウ糖、呼吸などの生理学的状態を監視するために使用できます。

これまで、従来の埋め込み型電子機器は非常に体積効率が悪く、一般に複数のチップ、パッケージ、ワイヤ、外部トランスデューサが必要であり、エネルギー貯蔵には電池が必要になることがよくあります。エレクトロニクスの絶え間ない傾向は、電子部品のより緊密な統合であり、多くの場合、より多くの機能を集積回路自体に移しています。

コロンビアエンジニアリングの研究者は、彼らが言うところの、世界最小のシングルチップシステムを構築し、総体積が0.1 mm ³ 未満であると報告しています。 。このシステムはダニと同じくらい小さく、顕微鏡でしか見ることができません。これを達成するために、チームは超音波を使用して、デバイスにワイヤレスで電力を供給し、通信しました。

「機能するチップをどれだけ小さくできるかという限界をどこまで押し上げることができるかを見たかったのです」と、研究のリーダーである電気工学のラウファミリー教授で生物医学工学の教授であるケンシェパードは述べています。 「これは「システムとしてのチップ」の新しいアイデアです。これは、他に何もない、完全に機能する電子システムであるチップです。これは、さまざまなものを感知し、臨床アプリケーションで使用され、最終的には人間による使用が承認される、ワイヤレスで小型化された埋め込み型医療機器を開発するための革新的なものになるはずです。」

電磁波の波長がデバイスのサイズに比べて大きすぎるため、従来のRF通信リンクはこれほど小さいデバイスでは不可能です。音速が光速よりもはるかに遅いため、超音波の波長は特定の周波数ではるかに小さいため、チームは超音波を使用して電力を供給し、デバイスとワイヤレスで通信しました。彼らは、チップ上に直接超音波で通信して電力を供給するための「アンテナ」を製造しました。

追加のパッケージなしで移植可能/注射可能なモート全体であるチップは、Taiwan Semiconductor Manufacturing Companyで製造され、ColumbiaNanoInitiativeクリーンルームとニューヨーク市立大学Advanced3+Research Center（ASRC）で追加のプロセス変更が行われました。ナノファブリケーション施設。

シェパードは次のようにコメントしています。「これは「ムーア以上の」技術の良い例です。新しい機能を提供するために、標準の相補型金属酸化物半導体に新しい材料を導入しました。この場合、圧電材料を集積回路に直接追加して、音響エネルギーを電気エネルギーに変換しました。」

チームの目標は、皮下注射針で体内に注入し、超音波を使用して体外に通信し、局所的に測定するものに関する情報を提供できるチップを開発することです。現在のデバイスは体温を測定しますが、チームが取り組んでいる可能性は他にもたくさんあります。