न्यूयॉर्क, एनवाई–11 मई, 2021–जैविक संकेतों की निगरानी और मानचित्रण करने, शारीरिक कार्यों को समर्थन देने और बढ़ाने और बीमारियों के इलाज के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले, प्रत्यारोपित चिकित्सा उपकरण स्वास्थ्य देखभाल में बदलाव ला रहे हैं और लाखों लोगों के जीवन की गुणवत्ता में सुधार कर रहे हैं। शोधकर्ता इन विवो और इन-सीटू शारीरिक निगरानी के लिए वायरलेस, लघु प्रत्यारोपण योग्य चिकित्सा उपकरणों को डिजाइन करने में रुचि ले रहे हैं। इन उपकरणों का उपयोग नैदानिक ​​और चिकित्सीय दोनों प्रक्रियाओं के लिए तापमान, रक्तचाप, ग्लूकोज और श्वसन जैसी शारीरिक स्थितियों की निगरानी के लिए किया जा सकता है।

आज तक, पारंपरिक प्रत्यारोपित इलेक्ट्रॉनिक्स अत्यधिक मात्रा-अक्षम रहे हैं - उन्हें आम तौर पर कई चिप्स, पैकेजिंग, तारों और बाहरी ट्रांसड्यूसर की आवश्यकता होती है, और ऊर्जा भंडारण के लिए अक्सर बैटरी की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉनिक्स में एक निरंतर प्रवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक घटकों का सख्त एकीकरण रही है, जो अक्सर अधिक से अधिक कार्यों को एकीकृत सर्किट पर ले जाती है।

कोलंबिया इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं की रिपोर्ट है कि उन्होंने दुनिया का सबसे छोटा सिंगल-चिप सिस्टम बनाया है, जिसकी कुल मात्रा 0.1 मिमी3 से कम है। यह प्रणाली धूल के कण जितनी छोटी है और केवल माइक्रोस्कोप के नीचे ही दिखाई देती है। इसे प्राप्त करने के लिए, टीम ने वायरलेस तरीके से डिवाइस को पावर देने और उससे संचार करने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया। अध्ययन 7 मई को ऑनलाइन प्रकाशित किया गया था विज्ञान अग्रिम.

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के लाउ फैमिली प्रोफेसर और बायोमेडिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर, अध्ययन के नेता केन शेपर्ड ने कहा, "हम यह देखना चाहते थे कि हम कितनी छोटी कार्यशील चिप बना सकते हैं, इसकी सीमा को हम कितनी दूर तक बढ़ा सकते हैं।" “यह 'सिस्टम के रूप में चिप' का एक नया विचार है - यह एक ऐसी चिप है जो अकेले, किसी और चीज के बिना, एक पूर्ण कार्यशील इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली है। यह वायरलेस, लघु प्रत्यारोपण योग्य चिकित्सा उपकरणों को विकसित करने के लिए क्रांतिकारी होना चाहिए जो विभिन्न चीजों को महसूस कर सकें, नैदानिक ​​​​अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा सके और अंततः मानव उपयोग के लिए अनुमोदित किया जा सके।

टीम में एलिसा कोनोफागौ, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर रॉबर्ट और मार्गरेट हरीरी और रेडियोलॉजी के प्रोफेसर, साथ ही कोनोफागौ प्रयोगशाला में पीएचडी छात्र स्टीफन ए ली भी शामिल थे जिन्होंने जानवरों के अध्ययन में सहायता की थी।

डिज़ाइन डॉक्टरेट छात्र चेन शी द्वारा किया गया था, जो अध्ययन के पहले लेखक हैं। शी का डिज़ाइन अपनी वॉल्यूमेट्रिक दक्षता में अद्वितीय है, फ़ंक्शन की मात्रा जो वॉल्यूम की एक निश्चित मात्रा में निहित है। इतने छोटे उपकरण के लिए पारंपरिक आरएफ संचार लिंक संभव नहीं हैं क्योंकि विद्युत चुम्बकीय तरंग की तरंग दैर्ध्य उपकरण के आकार के सापेक्ष बहुत बड़ी है। क्योंकि अल्ट्रासाउंड के लिए तरंग दैर्ध्य किसी दी गई आवृत्ति पर बहुत छोटी होती है क्योंकि ध्वनि की गति प्रकाश की गति से बहुत कम होती है, टीम ने वायरलेस तरीके से डिवाइस के साथ संचार और संचार दोनों के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया। उन्होंने चिप के शीर्ष पर सीधे अल्ट्रासाउंड के साथ संचार और शक्ति प्रदान करने के लिए "एंटीना" का निर्माण किया।

चिप, जो बिना किसी अतिरिक्त पैकेजिंग के संपूर्ण इम्प्लांटेबल/इंजेक्टेबल मोट है, को ताइवान सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग कंपनी में कोलंबिया नैनो इनिशिएटिव क्लीनरूम और सिटी यूनिवर्सिटी ऑफ़ न्यूयॉर्क एडवांस्ड साइंस रिसर्च सेंटर (एएसआरसी) नैनोफैब्रिकेशन में किए गए अतिरिक्त प्रक्रिया संशोधनों के साथ तैयार किया गया था। सुविधा।

शेपर्ड ने टिप्पणी की, "यह 'मूर से अधिक' तकनीक का एक अच्छा उदाहरण है - हमने नए कार्य प्रदान करने के लिए मानक पूरक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक पर नई सामग्री पेश की। इस मामले में, हमने ध्वनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में ट्रांसड्यूसर करने के लिए एकीकृत सर्किट में सीधे पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री जोड़ दी।

कोनोफागौ ने कहा, “जैसे-जैसे नए उपकरण और तकनीकें उपलब्ध हो रही हैं, अल्ट्रासाउंड का नैदानिक ​​महत्व लगातार बढ़ रहा है। यह कार्य इस प्रवृत्ति को जारी रखता है।”

टीम का लक्ष्य ऐसे चिप्स विकसित करना है जिन्हें हाइपोडर्मिक सुई के साथ शरीर में इंजेक्ट किया जा सकता है और फिर अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके शरीर से बाहर संचार किया जा सकता है, जो स्थानीय स्तर पर मापी जाने वाली चीज़ों के बारे में जानकारी प्रदान करता है। वर्तमान उपकरण शरीर के तापमान को मापते हैं, लेकिन टीम कई और संभावनाओं पर काम कर रही है।

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अध्ययन के बारे में

अध्ययन का शीर्षक है "इन विवो रियल-टाइम वायरलेस तापमान सेंसिंग के लिए सब-0.1-मिमी3 इम्प्लांटेबल मोट का अनुप्रयोग।"

लेखक हैं: चेन शि1, विक्टोरिया एंडिनो-पावलोव्स्की1, स्टीफन ए. ली2, टियागो कोस्टा1,3, जेफरी एलोइयन1, एलिसा ई. कोनोफागौ2,4, केनेथ एल. शेपर्ड1,2

1 इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग, कोलंबिया विश्वविद्यालय

2बायोमेडिकल इंजीनियरिंग विभाग, कोलंबिया विश्वविद्यालय

3माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स विभाग, डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी, नीदरलैंड

4रेडियोलॉजी विभाग, कोलंबिया विश्वविद्यालय

अध्ययन को आंशिक रूप से WM केक फाउंडेशन के अनुदान और रक्षा उन्नत अनुसंधान परियोजना एजेंसी (DARPA) द्वारा अनुबंध HR0011-15-2-0054 और सहकारी समझौते D20AC00004 के तहत समर्थित किया गया था।

चेन शी और केनेथ एल. शेपर्ड को कोलंबिया विश्वविद्यालय (पेटेंट आवेदन संख्या 15/911,973) द्वारा दायर एक अनंतिम पेटेंट पर आविष्कारक के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। अन्य लेखक घोषणा करते हैं
कोई प्रतिस्पर्धी हित नहीं.

कड़ियाँ:

पेपर: https://अग्रिम।sciencemag।org /सामग्री/7// 19eabf6312

DOI: 10.1126 / Sciadv.abf6312

http://engineering.कोलंबिया।edu /

http://advances.sciencemag।org /

https: //अभियांत्रिकी।कोलंबिया।edu /संकाय /केन-शेपर्ड

http://www.ई.कोलंबिया।edu /

http://bme.कोलंबिया।edu /

http://cni.कोलंबिया।edu /सीएनआई

कोलंबिया इंजीनियरिंग

न्यूयॉर्क शहर में स्थित कोलंबिया इंजीनियरिंग, अमेरिका के शीर्ष इंजीनियरिंग स्कूलों में से एक है और देश के सबसे पुराने स्कूलों में से एक है। फू फाउंडेशन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंस के रूप में भी जाना जाता है, स्कूल अपने 220 से अधिक संकाय के अग्रणी अनुसंधान के माध्यम से ज्ञान का विस्तार करता है और प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाता है, जबकि इंजीनियरिंग में एक मजबूत फाउंडेशन द्वारा सूचित नेता बनने के लिए एक सहयोगी वातावरण में स्नातक और स्नातक छात्रों को शिक्षित करता है। स्कूल के संकाय विश्वविद्यालय के अंतर-विषयक अनुसंधान के केंद्र में हैं, जो डेटा साइंस इंस्टीट्यूट, अर्थ इंस्टीट्यूट, ज़करमैन माइंड ब्रेन बिहेवियर इंस्टीट्यूट, प्रिसिजन मेडिसिन इनिशिएटिव और कोलंबिया नैनो इनिशिएटिव में योगदान दे रहे हैं। अपनी रणनीतिक दृष्टि, "मानवता के लिए कोलंबिया इंजीनियरिंग" से प्रेरित होकर, स्कूल का लक्ष्य विचारों को ऐसे नवाचारों में अनुवाद करना है जो एक टिकाऊ, स्वस्थ, सुरक्षित, जुड़े और रचनात्मक मानवता को बढ़ावा देते हैं।