Columbia Engineers sviluppa il più piccolo sistema a chip singolo con un circuito elettronico completamente funzionante.
Questo chip impiantabile che si vede solo al microscopio mostra un futuro caratterizzato da chip che possono essere iniettati nel corpo con un ago ipodermico per monitorare le condizioni mediche.
Dispositivi medici impiantabili, rivoluzione interiore
Sono già utilizzati ampiamente per monitorare e mappare i segnali biologici. O per supportare e migliorare le funzioni fisiologiche. Perfino per curare le malattie.
I dispositivi medici impiantabili stanno trasformando l’assistenza sanitaria e migliorando la qualità della vita di milioni di persone.
I ricercatori sono concentrati però su dispositivi che sappiano trasmettere in vivo e in situ dati in tempo reale. Avere sotto controllo e h24 come in un cruscotto temperatura, pressione sanguigna, glucosio e respirazione rivoluzionerebbe sia le procedure diagnostiche che quelle terapeutiche.
Un ingombro da cui liberarsi
Ad oggi, l’elettronica impiantata convenzionale è altamente inefficiente in termini di volume: richiede più chip, imballaggi, cavi e trasduttori esterni. Cosa più importante, le batterie sono spesso necessarie per l’immagazzinamento dell’energia.
Una tendenza costante nell’elettronica è stata l’integrazione più stretta dei componenti elettronici, spesso spostando sempre più funzioni sul circuito integrato stesso.
I ricercatori della Columbia Engineering hanno costruito quello che dicono essere il sistema a chip singolo più piccolo al mondo. Occupa un volume totale inferiore a 0,1 mm3.
Un chip piccolo come un acaro della polvere, e visibile solo al microscopio.
Per ottenere questo risultato, il team ha utilizzato gli ultrasuoni sia per alimentare che per comunicare con il dispositivo in modalità wireless.
Lo studio è stato pubblicato online su Science Advances.
“Volevamo vedere fino a che punto potevamo spingere i limiti su quanto piccolo potessimo realizzare un chip funzionante”, dice il leader dello studio Ken Shepard, professore di ingegneria elettrica e biomedica.
Una nuova idea di chip come sistema
Non serve altro: il chip da solo è un sistema elettronico completamente funzionante.
Potrebbe essere un approccio rivoluzionario per lo sviluppo di dispositivi medici impiantabili miniaturizzati wireless in grado di percepire cose diverse, essere usato in applicazioni cliniche ed eventualmente anche per l’uso umano.
Il progetto è stato realizzato dallo studente di dottorato Chen Shi, che è il primo autore dello studio.
Il design di Shi è unico nella sua efficienza volumetrica. I collegamenti di comunicazione RF tradizionali non sono possibili per un dispositivo così piccolo, perché la lunghezza d’onda dell’onda elettromagnetica è troppo grande rispetto alle dimensioni del dispositivo.
Poiché le lunghezze d’onda degli ultrasuoni sono molto più piccole a una determinata frequenza (la velocità del suono è molto inferiore alla velocità della luce) il team ha utilizzato gli ultrasuoni sia per alimentare che per comunicare con il dispositivo in modalità wireless.
Il team ha così fabbricato l’ “antenna” per la comunicazione e l’alimentazione con gli ultrasuoni direttamente sulla parte superiore del chip.
Chip “invisibile” da iniettare
Il chip, impiantabile / iniettabile così com’è, è stato fabbricato presso la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company.
Gli ultrasuoni continuano a crescere in importanza clinica man mano che nuovi strumenti e tecniche diventano disponibili. Questo lavoro continua questa tendenza.
L’obiettivo del team è sviluppare chip che possono essere iniettati nel corpo con un ago ipodermico e quindi comunicare all’esterno tramite ultrasuoni, fornendo informazioni su qualcosa che misurano localmente.
