칩의 소형 폐심장 센서

칩에 있는 소형 센서의 핵심 메커니즘은 270나노미터(사람 머리카락 너비의 약 0.005)의 공간으로 분리되어 서로를 오버레이하는 두 개의 실리콘 레이어를 통합합니다. 그들은 미세한 전압을 가지고 있습니다. 몸의 움직임과 소리의 진동은 칩의 일부를 플럭스에 넣어 전압 플럭스를 만들고 읽을 수 있는 전자 출력을 생성합니다. 인간 테스트에서 이 칩은 폐와 심장의 기계적 작동에서 나오는 다양한 신호를 명확하게 기록했습니다. 이 신호는 종종 현재 의료 기술로 의미 있는 감지를 벗어나는 신호입니다.

전자 청진기와 가속도계를 하나로 통합한 이 칩은 적절하게 가속도계 접촉 마이크라고 불립니다. 공기 중 소리와 같은 신체 코어 외부의 방해 소음을 차단하면서 신체 내부에서 칩으로 들어오는 진동을 감지합니다. 피부나 의복에 비비면 마찰음이 들리지 않지만 체내에서 들어오는 소리에 매우 민감하기 때문에 옷을 통해서도 유용한 진동을 잡아낸다.

감지 대역폭은 광범위합니다. 광범위하게 움직이는 동작부터 들리지 않을 정도로 높은 음까지. 따라서 센서 칩은 심장 박동, 심장이 신체를 통해 보내는 파동, 호흡 수 및 폐 소리의 미세한 세부 사항을 동시에 기록합니다. 걷기와 같은 착용자의 신체 활동도 추적합니다. 신호는 동기화되어 기록되어 잠재적으로 환자의 심장 및 폐 건강에 대한 큰 그림을 제공합니다. 연구를 위해 연구원들은 심장 박동의 "lub-dub" 다음에 희미한 세 번째 소리인 "gallop"을 성공적으로 녹음했습니다. 갤럽은 일반적으로 심부전의 파악하기 어려운 단서입니다.

칩의 주요 엔지니어링 원리는 간단하지만 작동하고 제조 가능하게 만드는 것은 주로 실리콘 층, 즉 전극 사이의 간격이 극히 작기 때문에 어려웠습니다. 2 × 2mm 센서 칩을 축구장 크기로 확장하면 해당 에어 갭의 너비는 약 1인치가 됩니다. 두 전극을 분리하는 매우 얇은 간격은 층 사이의 공기 중 힘에 의해서도 접촉할 수 없으므로 전체 센서가 진공 공동 내부에서 완전히 밀봉됩니다.

연구원들은 대량 생산을 위해 HARPSS+ 플랫폼(고종횡비 폴리 및 단결정 실리콘)이라는 제조 프로세스를 사용하여 작은 센서 칩으로 절단된 손 크기의 시트를 사용했습니다. HARPSS+는 일관되게 얇은 간격을 달성하는 최초의 보고된 대량 제조 공정이며 많은 고급 MEMS의 높은 처리량 제조를 가능하게 했습니다. 실험 장치는 현재 배터리로 구동되며 신호 조절 회로라는 두 번째 칩을 사용하여 센서 칩의 신호를 패턴화된 판독값으로 변환합니다. 3개 이상의 센서를 흉부에 삽입하여 건강 신호를 삼각 측량하여 출처를 찾을 수 있습니다. 언젠가는 장치가 혈류에서 생성하는 난류를 통해 심장 판막의 새로운 결함을 정확히 찾아내거나 폐에서 희미하게 탁탁탁탁하는 소리로 암 병변을 식별할 수 있습니다.