Universidade de Columbia Anuncia Novo Avanço em Chips Implantáveis

Dispositivos médicos miniaturizados implantáveis ​​que transmitem dados sem fio “estão transformando a saúde e melhorando a qualidade de vida de milhões de pessoas”, escreve a Universidade de Columbia em 12 de maio último, observando que esses dispositivos são “amplamente usados ​​para monitorar e mapear sinais biológicos, para dar suporte e melhorar as funções fisiológicas, e para tratar doenças. “

Há muito considerados, em ciência e ficção, fundamentais para um salto na direção de uma nova era de cuidados médicos, esses dispositivos podem ser usados ​​para monitorar condições fisiológicas, como temperatura, pressão arterial, glicose e respiração, tanto para procedimentos diagnósticos quanto terapêuticos. Até o momento, os chamados “Dispositivos Eletrônicos Implantáveis” convencionais têm sido altamente ineficientes em termos de tamanho – geralmente exigem vários chips, invólucros, fios e transdutores externos. Para piorar, sofrem com o armazenamento de energia e recarga de suas ineficientes baterias.

Os pesquisadores da Columbia | Engineering reportam que eles construíram o que dizem ser o menor sistema single-chip do mundo, com um volume total de menos de 0,1 mm cúbico. O sistema é tão pequeno quanto um ácaro e visível apenas sob um microscópio.

O chip, mostrado na ponta de uma agulha hipodérmica. Crédito da Imagem: Chen Shi/Columbia Engineering.

“Queríamos ver o quão longe poderíamos forçar os limites de quão pequeno um chip funcional poderia ser construído”, disse o líder do estudo, Ken Shepard, professor de engenharia elétrica da Lau Family e professor de engenharia biomédica. “Esta é uma nova ideia no paradigma ‘chip como sistema’ – ele sozinho é um sistema eletrônico completo, sem precisar de mais nada. Isso é algo revolucionário para o desenvolvimento de dispositivos médicos implantáveis, ​​miniaturizados, sem fio, capazes de monitorar muitas coisas simultaneamente. [Esperamos que], no fim do processo, eles sejam aprovados para aplicações clínicas em humanos”.

O chip, que é uma particula implantável/injetável sem invólucro ou envelopagem adicional, foi fabricado na Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, com modificações adicionais de processo realizadas na sala limpa da Columbia Nano Initiative e na Nanofabricação do Centro de Pesquisa Científica Avançada da Universidade da Cidade de Nova York (ASRC). Shepard comentou: “Este é um bom exemplo de tecnologia ‘além de Moore’ [referência à Lei de Moore] – introduzimos novos materiais no semicondutor de óxido de metal padrão para dar a ele uma nova função. Neste caso, adicionamos materiais piezoelétricos diretamente no circuito integrado para transduzir a energia acústica em energia elétrica.

O objetivo da equipe é desenvolver chips que possam ser injetados no corpo com uma agulha hipodérmica e que possam depois se comunicar de volta para fora do corpo por meio de ultrassom, fornecendo informações sobre quaisquer medições que eles façam localmente

Os dispositivos sendo testados atualmente apenas medem a temperatura corporal, mas existem muitos outros parâmetros possiveis nos quais a equipe trabalha. Reproduzimos abaixo o Resumo do paper da Columbia | Engeneering.

Link para o trabalho na íntegra.

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Aplicação de uma Particula Implantável Menor Que 0,1 mm3 para Detecção Sem-fio de Temperatura in vivo em Tempo Real

Resumo

Tem havido um interesse crescente em dispositivos médicos miniaturizados implantáveis para monitoramento fisiológico in vivo e in situ. Aqui, apresentamos um implante que consiste de um dispositivo de captura de imagem em ultrassom convencional com carga de energia e comunicação de dados via wireless, e que atua como uma sonda para detecção de temperatura em tempo real, incluindo o monitoramento da temperatura corporal e mudanças de temperatura resultantes da aplicação terapêutica de ultrassom.

O dispositivo, menor que 0,1-mm3 e consumo de energia menor que -1-nW, que chamamos de Mote [ou Cisco – algo muito pequeno, como um ‘cisco nos olhos’; grão de poeira, n. do t.], consegue atingir essa miniaturização agressiva por meio da integração monolítica de um chip sensor de temperatura de baixa potência, customizado com um transdutor piezoelétrico em microescala montado em sua parte superior. O pequeno volume deslocado por esses Motes permite que eles sejam implantados, ou injetados, usando técnicas minimamente invasivas, com biocompatibilidade aprimorada. Demonstramos sua funcionalidade de detecção in vivo em um procedimento de neuroestimulação por ultrassom em camundongos. Nossos Motes têm potencial para serem adaptados ao sensoriamento distribuído e localizado de outros parâmetros fisiológicos clinicamente relevantes.

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Este post foi editado para correção de erros de grafia e sintaxe, além de problemas de estilo.

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