뉴욕, 뉴욕 –11 년 2021 월 XNUMX 일 – 생체 신호를 모니터링 및 매핑하고, 생리적 기능을 지원 및 강화하고, 질병을 치료하는 데 널리 사용되는 이식 형 의료 기기는 수백만 명의 사람들을 위해 의료 서비스를 혁신하고 삶의 질을 개선하고 있습니다. 연구원들은 생체 내 및 현장 생리 학적 모니터링을위한 무선 소형 이식 형 의료 기기를 설계하는 데 점점 더 관심이 있습니다. 이러한 장치는 진단 및 치료 절차 모두를 위해 온도, 혈압, 포도당 및 호흡과 같은 생리적 조건을 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.

현재까지 기존의 이식 형 전자 장치는 부피가 매우 비효율적이었습니다. 일반적으로 여러 칩, 패키징, 와이어 및 외부 변환기가 필요하며 에너지 저장을 위해 배터리가 종종 필요합니다. 전자 제품의 지속적인 추세는 전자 부품의 긴밀한 통합으로, 종종 더 많은 기능을 집적 회로 자체로 이동시키는 것입니다.

Columbia Engineering의 연구원들은 총 부피가 0.1mm3 미만인 세계에서 가장 작은 단일 칩 시스템을 구축했다고보고합니다. 이 시스템은 먼지 진드기만큼 작으며 현미경으로 만 볼 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 팀은 초음파를 사용하여 장치에 무선으로 전력을 공급하고 통신했습니다. 이 연구는 7 월 XNUMX 일 과학의 발전.

“우리는 얼마나 작은 기능의 칩을 만들 수 있는지에 대한 한계를 얼마나 밀어 붙일 수 있는지 알고 싶었습니다.”라고 연구 책임자 인 Ken Shepard, 전기 공학과 Lau Family 교수이자 생물 의학 공학 교수가 말했습니다. “이는 '시스템으로서의 칩'이라는 새로운 아이디어입니다.이 칩은 다른 것없이 완전히 작동하는 전자 시스템 인 칩입니다. 이것은 다양한 것을 감지 할 수 있고, 임상 애플리케이션에 사용되며, 궁극적으로 사람이 사용할 수 있도록 승인 될 수있는 무선 소형 이식 형 의료 기기를 개발하는 데있어 혁신적이어야합니다.

이 팀에는 Elisa Konofagou, Robert 및 Margaret Hariri의 생체 공학 교수이자 방사선과 교수, 그리고 동물 연구를 지원 한 Konofagou 연구소의 PhD 학생 인 Stephen A. Lee도 포함되었습니다.

디자인은 연구의 첫 번째 저자 인 박사 과정 학생 Chen Shi가 수행했습니다. Shi의 디자인은 주어진 부피에 포함 된 기능의 양인 부피 효율성이 독특합니다. 전자기파의 파장이 장치의 크기에 비해 너무 크기 때문에 기존의 RF 통신 링크는 이렇게 작은 장치에서는 불가능합니다. 초음파의 파장은 음속이 빛의 속도보다 훨씬 적기 때문에 주어진 주파수에서 훨씬 더 작기 때문에 팀은 초음파를 사용하여 장치에 무선으로 전력을 공급하고 장치와 통신했습니다. 그들은 칩 위에 직접 초음파로 통신하고 전원을 공급하기 위해 "안테나"를 제작했습니다.

추가 패키징이없는 전체 이식 가능 / 주사 가능한 모트 인이 칩은 Columbia Nano Initiative 클린 룸과 뉴욕 시립대 첨단 과학 연구 센터 (ASRC) Nanofabrication에서 추가 공정 수정을 수행하여 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company에서 제작되었습니다. 시설.

Shepard는“이것은 'more than Moore'기술의 좋은 예입니다. 새로운 기능을 제공하기 위해 표준 보완 금속 산화물 반도체에 새로운 재료를 도입했습니다. 이 경우 음향 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 집적 회로에 직접 압전 재료를 추가했습니다.”

Konofagou는“Ultrasound는 새로운 도구와 기술을 사용할 수있게됨에 따라 임상 적 중요성이 계속해서 증가하고 있습니다. 이 작업은 이러한 추세를 이어갑니다.”

팀의 목표는 피하 주사 바늘로 체내에 주입 할 수있는 칩을 개발 한 다음 초음파를 사용하여 체외로 다시 통신하여 로컬에서 측정 한 정보를 제공하는 것입니다. 현재 장치는 체온을 측정하지만 팀이 작업중인 더 많은 가능성이 있습니다.

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연구 정보

이 연구의 제목은 "체내 실시간 무선 온도 감지를위한 0.1mm3 미만의 이식 형 모트 적용"입니다.

저자 : Chen Shi1, Victoria Andino-Pavlovsky1, Stephen A. Lee2, Tiago Costa1,3, Jeffrey Elloian1, Elisa E. Konofagou2,4, Kenneth L. Shepard1,2

1 컬럼비아 대학교 전기 공학과

2 콜롬비아 대학교의 생명 공학과

3 네덜란드 델프트 공과 대학교 마이크로 일렉트로닉스학과

4 콜롬비아 대학교 방사선과

이 연구는 WM Keck 재단과 계약 HR0011-15-2-0054 및 협력 계약 D20AC00004에 따라 DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)의 보조금으로 부분적으로 지원되었습니다.

Chen Shi와 Kenneth L. Shepard는 Columbia University가 제출 한 임시 특허 (특허 출원 번호 15 / 911,973)에 발명가로 등재되어 있습니다. 다른 저자는 다음과 같이 선언합니다.
경쟁 이익이 없습니다.

링크 :

논문 : https : //발전합니다.과학 잡지.org /함유량/7/19 /eabf6312

DOI : 10.1126 / sciadv.abf6312

http://engineering.컬럼비아.에듀 /

http://advances.과학 잡지.org /

https : //공학.컬럼비아.에듀 /학부/켄 셰퍼드

http://www.EE.컬럼비아.에듀 /

http://bme.컬럼비아.에듀 /

http://cni.컬럼비아.에듀 /CNI

컬럼비아 엔지니어링

뉴욕시에 본사를 둔 Columbia Engineering은 미국 최고의 엔지니어링 학교 중 하나이며 미국에서 가장 오래된 학교 중 하나입니다. Fu Foundation School of Engineering and Applied Science라고도 알려진이 학교는 220 개 이상의 교수진에 대한 선구적인 연구를 통해 지식을 확장하고 기술을 발전시키는 한편, 협력 환경에서 학부 및 대학원생을 교육하여 확고한 기반에서 정보를 얻은 리더가됩니다. 공학. 학교의 교수진은 대학의 학제 간 연구의 중심에 있으며 데이터 과학 연구소, 지구 연구소, Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Precision Medicine Initiative 및 Columbia Nano Initiative에 기여합니다. 전략적 비전 인“Columbia Engineering for Humanity”에 따라 학교는 아이디어를 지속 가능하고 건강하며 안전하며 연결되고 창의적인 인류를 육성하는 혁신으로 변환하는 것을 목표로합니다.