De voortdurende miniaturisering van elektronica opent een aantal opwindende mogelijkheden als het gaat om wat we in ons lichaam kunnen plaatsen om onze gezondheid te monitoren en te verbeteren. Ingenieurs van Columbia University hebben een extreme versie van deze technologie gedemonstreerd door het kleinste systeem met één chip ooit te ontwikkelen, dat kan worden geïmplanteerd met een injectienaald om de temperatuur in het lichaam te meten, en mogelijk nog veel meer.
Van implantaten ter grootte van een lieveheersbeestje die het zuurstofniveau in diepe lichaamsweefsels tot in de kleinste details volgenneuraal stofMet sensoren die zenuwsignalen in realtime monitoren, maken wetenschappers grote stappen als het gaat om de functionaliteit van kleine elektronische apparaatjes. Het door de Columbia Engineers ontwikkelde implantaat is baanbrekend als 's werelds kleinste systeem met één chip, een volledig functioneel elektronisch circuit met een totaal volume van minder dan 0.1 mm3.
Dat maakt hem zo klein als een huisstofmijt, en veel kleiner dan de 's werelds kleinste computer, een kubusvormig apparaat van 0.3 mm (0.01 inch) langs elke zijde. De kleine chip was alleen zichtbaar onder een microscoop en vereiste wat out-of-the-box-denken, vooral als het gaat om de manier waarop hij communiceert en wordt aangedreven.
Waar kleine elektronica mogelijk radiofrequentiemodules (RF) bevat voor het verzenden en ontvangen van elektromagnetische radiosignalen, zijn deze golflengten te groot om te worden gebruikt met zo'n klein apparaat. De golflengten van ultrageluid zijn daarentegen veel kleiner bij een bepaalde frequentie, omdat de geluidssnelheid veel lager is dan de lichtsnelheid waarmee de elektromagnetische golven zich voortplanten. Daarom heeft het team een piëzo-elektrische transducer ingebouwd die fungeert als een ‘antenne’ voor draadloze voeding en communicatie via echografie.
Dit wordt gecombineerd met een ingebouwde temperatuursensor met laag vermogen om van de chip een sonde te maken voor realtime temperatuurmeting, waardoor deze de lichaamstemperatuur kan monitoren, evenals temperatuurschommelingen die worden veroorzaakt door de therapeutische toepassing van echografie. De mogelijkheden van het implantaat werden gedemonstreerd bij levende muizen waar het werd gebruikt voor ultrasone neurostimulatie, en er werden maximaal zeven tegelijk in de muizen geïmplanteerd via intramusculaire injectie met een injectiespuit.
De wetenschappers stellen zich voor dat dit soort chips in het menselijk lichaam worden geïmplanteerd en vervolgens draadloos informatie communiceren over wat ze meten via echografie. In de huidige vorm beperkt dit zich tot de lichaamstemperatuur, maar andere mogelijkheden zijn onder meer de bloeddruk, het glucosegehalte en de ademhalingsfunctie.
"We wilden zien hoe ver we de grenzen konden verleggen van hoe klein een functionerende chip we konden maken", zegt Ken Shepard, de leider van het onderzoek. “Dit is een nieuw idee van 'chip als systeem' – dit is een chip die alleen, met niets anders, een compleet functionerend elektronisch systeem is. Dit zou revolutionair moeten zijn voor de ontwikkeling van draadloze, geminiaturiseerde implanteerbare medische apparaten die verschillende dingen kunnen waarnemen, gebruikt kunnen worden in klinische toepassingen en uiteindelijk goedgekeurd kunnen worden voor menselijk gebruik.”
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap Advances.
Bron: Columbia Universiteit via EurekAlert
Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://newatlas.com/electronics/worlds-smallest-single-chip-system-injectable/
