Largement utilisés pour surveiller et cartographier les signaux biologiques, pour soutenir et améliorer les fonctions physiologiques et pour traiter les maladies, les dispositifs médicaux implantables transforment les soins de santé et améliorent la qualité de vie de hundreds of thousands de personnes. Les chercheurs s’intéressent de additionally en plus à la conception de dispositifs médicaux implantables miniaturisés sans fil pour la surveillance physiologique in vivo et in situ. Ces dispositifs pourraient être utilisés pour surveiller les ailments physiologiques, telles que la température, la pression artérielle, le glucose et la respiration pour les procédures diagnostiques et thérapeutiques.



À ce jour, l’électronique implantée conventionnelle a été très inefficace en termes de quantity – elle nécessite généralement plusieurs puces, emballages, fils et transducteurs externes, et des batteries sont souvent nécessaires pour le stockage d’énergie. Une tendance constante en électronique a été une intégration as well as étroite des composants électroniques, déplaçant souvent de moreover en moreover de fonctions sur le circuit intégré lui-même.

Les chercheurs de Columbia Engineering rapportent qu’ils ont construit ce qu’ils disent être le as well as petit système monopuce au monde, consommant un quantity total de moins de, 1 mm3. Le système est aussi petit qu’un acarien et visible uniquement au microscope. Pour ce faire, l’équipe a utilisé des ultrasons pour alimenter et communiquer avec l’appareil sans fil. L’étude a été publiée en ligne le 7 mai dans Science Innovations.



« Nous voulions voir jusqu’où nous pouvions repousser les limites de la petite taille d’une puce fonctionnelle que nous pourrions fabriquer », a déclaré le chef de l’étude Ken Shepard, professeur de génie électrique à Lau Family et professeur de génie biomédical. « C’est une nouvelle idée de » puce en tant que système « – c’est une puce qui seule, avec rien d’autre, est un système électronique entièrement fonctionnel. Cela devrait être révolutionnaire pour le développement de dispositifs médicaux implantables miniaturisés sans fil capables de détecter différentes choses, être utilisé dans des programs cliniques, et éventuellement approuvé pour un use humain.  »

L’équipe comprenait également Elisa Konofagou, professeur Robert et Margaret Hariri de génie biomédical et professeur de radiologie, ainsi que Stephen A. Lee, doctorant au laboratoire de Konofagou qui a participé aux études animales.

La conception a été réalisée par l’étudiant au doctorat Chen Shi, qui est le premier auteur de l’étude. La conception de Shi est special par son efficacité volumétrique, la quantité de fonction contenue dans une quantité donnée de quantity. Les liaisons de communication RF traditionnelles ne sont pas possibles pour un appareil aussi petit automobile la longueur d’onde de l’onde électromagnétique est trop grande par rapport à la taille de l’appareil. Étant donné que les longueurs d’onde des ultrasons sont beaucoup as well as petites à une fréquence donnée, motor vehicle la vitesse du son est bien inférieure à la vitesse de la lumière, l’équipe a utilisé les ultrasons pour alimenter et communiquer avec l’appareil sans fil. Ils ont fabriqué « l’antenne » pour communiquer et alimenter avec des ultrasons directement sur le dessus de la puce.

La puce, qui est l’ensemble implantable / injectable sans emballage supplémentaire, a été fabriquée par la Taiwan Semiconductor Production Corporation avec des modifications de processus supplémentaires effectuées dans la salle blanche de la Columbia Nano Initiative et la nanofabrication du Town College of New York State-of-the-art Science Study Heart (ASRC) Établissement.

Shepard a commenté : « C’est un bel exemple de technologie ‘plus que Moore’ – nous avons introduit de nouveaux matériaux sur un oxyde de métal-semi-conducteur complémentaire normal pour fournir une nouvelle fonction. Dans ce cas, nous avons ajouté des matériaux piézoélectriques directement sur le circuit intégré du transducteur. énergie acoustique en énergie électrique.  »

Konofagou a ajouté : « L’échographie continue de gagner en worth clinique à mesure que de nouveaux outils et tactics deviennent disponibles. Ce travail poursuit cette tendance. »

L’objectif de l’équipe est de développer des puces qui peuvent être injectées dans le corps avec une aiguille hypodermique et ensuite communiquer hors du corps à l’aide d’ultrasons, fournissant des informations sur quelque selected qu’elles mesurent localement. Les appareils actuels mesurent la température corporelle, mais l’équipe travaille sur de nombreuses autres possibilités.