초소형 무선 칩, 초음파로 체내 생리 과정 모니터링

컬럼비아 공대 연구진이 완전 기능 전자 회로인 세계 최소 단일 칩 시스템 개발. 현미경으로만 보이는 이식형 칩들, 피하 주사바늘로 체내 주입해 의료 상태 모니터링하는 칩 개발 길 열림.

생물학적 신호 모니터링·매핑, 생리 기능 지원·강화, 질병 치료에 널리 쓰이는 이식형 의료 기기들이 헬스케어 혁신, 수백만 명 삶의 질 향상. 연구자들 점점 더 무선 소형 이식형 의료 기기 설계 관심, 생체 내(in vivo)·현장(in situ) 생리 모니터링용. 이 기기들 체온, 혈압, 혈당, 호흡 등 생리 조건 모니터링해 진단·치료 시술 양쪽에 활용 가능.

기존 이식형 전자장치들 지금까지 부피 효율성 매우 낮음 - 일반적으로 여러 칩, 패키징, 와이어, 외부 트랜스듀서 필요, 배터리 에너지 저장 위해 종종 필요. 전자공학 끊임없는 트렌드: 전자 부품 더 타이트 통합, 점점 더 많은 기능 집적 회로 자체로 이동.

컬럼비아 공대 연구진 총 부피 0.1mm³ 미만 세계 최소 단일 칩 시스템 구축했다고 보고. 시스템 먼지 진드기 크기, 현미경으로만 보임. 이 달성 위해 팀이 초음파로 기기 무선 전력 공급·통신 둘 다 수행.

"기능하는 칩을 얼마나 작게 만들 수 있는지 한계 시험해보고 싶었습니다."라고 연구 리더 켄 셰퍼드(Ken Shepard, Lau 패밀리 전기공학 교수, 생체의공학 교수). "'칩이 시스템이다' 새 아이디어 - 이 칩이 단독으로, 다른 것 없이 완전 기능 전자 시스템. 무선 소형 이식형 의료 기기 개발에 혁명적일 것 - 다른 것들 감지, 임상 응용, 결국 인간 사용 승인까지."

전통적 RF 통신 링크는 이 크기 기기엔 불가능: 전자기파 파장이 기기 크기 대비 너무 큼. 초음파 파장이 주어진 주파수에서 훨씬 작음(소리 속도 빛 속도보다 훨씬 느림) → 팀이 초음파로 기기 무선 전력 공급·통신 둘 다. 칩 위에 초음파 통신·전력용 '안테나' 직접 제작.

칩(추가 패키징 없는 이식형/주입형 모트 전체) 대만 반도체 제조사(TSMC)서 제작, 추가 공정 수정 콜롬비아 나노 이니셔티브 클린룸, 뉴욕시립대 첨단 3+ 연구센터(ASRC) 나노팹 시설서 수행.

셰퍼드 코멘트: "좋은 '모어 댄 무어(More than Moore)' 기술 예 - 표준 상보성 금속산화물 반도체에 새 소재 도입해 새 기능 제공. 이 경우 압전 소재 직접 집적회로에 추가해 음향 에너지 전기 에너지로 변환."

팀 목표: 피하 주사바늘로 체내 주입 가능 칩 개발, 초음파로 체외 통신하며 국소 측정 정보 제공. 현재 기기들 체온 측정, 팀이 연구 중인 가능성 더 많음.