초음파를 사용하여 신체 프로세스를 모니터링하는 초소형 무선 주사 가능 칩

Columbia Engineers는 완벽하게 작동하는 전자 회로인 가장 작은 단일 칩 시스템을 개발했습니다. 현미경으로만 볼 수 있는 이식 가능한 칩은 의료 상태를 모니터링하기 위해 피하 주사 바늘로 신체에 주입할 수 있는 칩을 개발하는 방향을 가리킵니다.

생체 신호를 모니터링 및 매핑하고, 생리적 기능을 지원 및 향상하고, 질병을 치료하는 데 널리 사용되는 이식형 의료 기기는 수백만 명의 사람들의 건강 관리를 변화시키고 삶의 질을 향상시키고 있습니다. 연구자들은 생체 내 및 현장 생리학적 모니터링을 위한 무선 소형 이식형 의료 기기 설계에 점점 더 관심을 갖고 있습니다. 이러한 장치는 진단 및 치료 절차 모두에서 온도, 혈압, 포도당 및 호흡과 같은 생리적 상태를 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.

현재까지 기존의 이식형 전자 장치는 부피 효율성이 매우 낮습니다. 일반적으로 여러 개의 칩, 패키징, 와이어 및 외부 변환기가 필요하며 에너지 저장을 위해 배터리가 필요한 경우가 많습니다. 전자 제품의 지속적인 추세는 전자 부품의 긴밀한 통합으로 인해 집적 회로 자체에 점점 더 많은 기능이 이동하는 경우가 많습니다.

Columbia Engineering의 연구원은 세계에서 가장 작은 단일 칩 시스템을 구축했으며 총 부피가 0.1mm ³ 미만이라고 보고합니다. . 이 시스템은 집먼지 진드기만큼 작고 현미경으로만 볼 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 팀은 무선으로 장치에 전원을 공급하고 통신하는 데 초음파를 사용했습니다.

이번 연구의 리더인 라우 패밀리(Lau Family) 전기 공학 교수이자 생의학 공학 교수인 켄 셰퍼드(Ken Shepard)는 “우리는 작동하는 칩을 얼마나 작게 만들 수 있는지에 대한 한계를 어디까지 밀어붙일 수 있는지 알고 싶었습니다. “이것은 '칩으로서의 시스템'이라는 새로운 아이디어입니다. 이것은 다른 어떤 것도 없이 완전한 기능을 하는 전자 시스템인 칩입니다. 이것은 다양한 것들을 감지할 수 있고, 임상 응용 분야에 사용되며, 결국 사람이 사용할 수 있도록 승인될 수 있는 무선 소형 이식형 의료 기기를 개발하는 데 혁신적이어야 합니다.”

전자기파의 파장이 장치의 크기에 비해 너무 크기 때문에 이렇게 작은 장치에서는 기존의 RF 통신 링크가 불가능합니다. 음속이 빛의 속도보다 훨씬 느리기 때문에 초음파의 파장은 주어진 주파수에서 훨씬 더 작기 때문에 팀은 무선으로 장치에 전원을 공급하고 통신하기 위해 초음파를 사용했습니다. 그들은 칩 위에 직접 초음파와 통신하고 전원을 공급하기 위한 "안테나"를 제작했습니다.

추가 패키징이 없는 전체 이식/주입 가능한 모트인 칩은 Columbia Nano Initiative 클린룸과 뉴욕 시립대학교 ASRC(Advanced 3+ Research Center)에서 수행된 추가 공정 수정을 통해 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company에서 제작되었습니다. 나노제조 시설.

Shepard는 "이것은 '무어 이상' 기술의 좋은 예입니다. 우리는 새로운 기능을 제공하기 위해 표준 보완 금속 산화물 반도체에 새로운 재료를 도입했습니다. 이 경우 압전 재료를 집적 회로에 직접 추가하여 음향 에너지를 전기 에너지로 변환했습니다.”

팀의 목표는 피하 주사바늘로 신체에 주입할 수 있는 칩을 개발한 다음 초음파를 사용하여 신체 외부로 다시 통신하여 로컬에서 측정하는 것에 대한 정보를 제공하는 것입니다. 현재의 장치는 체온을 측정하지만 팀이 연구하고 있는 가능성은 더 많습니다.