Имплантируемый ультразвуковой чип для физиологического мониторинга

Исследователи из Колумбийского университета (США) разработали микроскопический имплантируемый чип для физиологического мониторинга. Его общий объем составляет менее 0,1 мм3. Для сравнения - это чип размером с пылевого клеща, который можно рассмотреть только с помощью микроскопа. Целью данного исследования было создание устройств, которые можно вводить с помощью обычной подкожной иглы, а затем передавать их показания по беспроводной связи на внешние устройства, такие как мониторы пациентов и смартфоны. Команда из Колумбии использовала ультразвук, подаваемый извне через обычное ультразвуковое устройство для питания и связи с имплантатом.

Данные своего исследования ученые опубликовали в журнале Science Advances.

Медицинские имплантаты предоставляют огромные преимущества в плане мониторинга состояния пациента. Исследователи разрабатывают множество таких устройств для мониторинга различных биологических параметров, от показателей здоровья до уровня глюкозы. Однако, как и в случае с другой электроникой, технологический прогресс обычно сопровождается миниатюризацией, а в области медицинских имплантатов меньшие размеры не только изящнее, но и помогают облегчить имплантацию и минимизировать побочные эффекты.    

Как говорит Кен Шепард, исследователь, участвовавший в исследовании,

Это новая идея "чип как система" - чип, который сам по себе, без ничего другого, является полноценной функционирующей электронной системой. Это должно стать революционной технологией для разработки беспроводных, миниатюрных имплантируемых медицинских устройств, которые могут чувствовать различные параметры и использоваться в клинических приложениях и при лечении пациентов.

Ученые сообщают, что им удалось создать самую маленькую в мире однокристальную систему. Устройство использует ультразвук в качестве источника энергии и для связи с внешним устройством. Команда выбрала этот способ, поскольку длина волны электромагнитных волн слишком велика для функционирования такого крошечного устройства, в то время как длина волны ультразвука намного меньше при данной частоте. Для этого они добавили пьезоэлектрические материалы непосредственно в интегральную схему для преобразования акустической энергии в электрическую.

Текущая итерация устройства измеряет температуру тела, но технология имеет потенциал для мониторинга различных биологических параметров. На данный момент исследователи продемонстрировали, что имплантаты могут отслеживать температуру тела у мышей, и надеются развить технологию до такой степени, чтобы ее можно было использовать на пациентах.