Columbia Engineers développe le plus petit système monopuce avec un circuit électronique entièrement fonctionnel.
Cette puce implantable que l'on ne voit qu'au microscope montre un avenir caractérisé par des puces qui peuvent être injectées dans le corps avec une aiguille hypodermique pour surveiller les conditions médicales.
Dispositifs médicaux implantables, révolution interne
Ils sont déjà largement utilisés pour la surveillance et la cartographie des signaux biologiques. Ou pour soutenir et améliorer les fonctions physiologiques. Même pour guérir les maladies.
Les dispositifs médicaux implantables transforment les soins de santé et améliorent la qualité de vie de millions de personnes.
Cependant, les chercheurs se concentrent sur des appareils capables de transmettre des données in vivo et in situ en temps réel. Contrôler la température, la tension artérielle, la glycémie et la respiration 24 heures sur XNUMX comme dans un tableau de bord révolutionnerait à la fois les procédures diagnostiques et thérapeutiques.
Une empreinte à se débarrasser
À ce jour, l’électronique implantée conventionnelle est très inefficace en termes de volume : nécessitant davantage de puces, de packaging, de câbles et de transducteurs externes. Plus important encore, les batteries sont souvent nécessaires au stockage de l’énergie.
Une tendance constante dans le domaine de l'électronique est l'intégration plus étroite des composants électroniques, déplaçant souvent de plus en plus de fonctions sur le circuit intégré lui-même.
Les chercheurs de Columbia Engineering ont construit ce qu'ils disent être le plus petit système monopuce au monde. Il occupe un volume total inférieur à 0,1 mm3.
Une puce aussi petite qu'un acarien, et visible uniquement au microscope.
Pour ce faire, l'équipe a utilisé des ultrasons pour alimenter et communiquer avec l'appareil sans fil.
L'étude a été publiée en ligne dans Science Advances.
"Nous voulions voir jusqu'où nous pouvions repousser les limites de la taille d'une puce fonctionnelle", explique le responsable de l'étude. Ken Shepard, professeur de génie électrique et biomédical.
Une nouvelle idée de la puce en tant que système
Rien d'autre n'est nécessaire: la puce seule est un système électronique entièrement fonctionnel.
Cela pourrait constituer une approche révolutionnaire pour développer des dispositifs médicaux implantables miniaturisés sans fil capables de détecter différentes choses, d’être utilisés dans des applications cliniques et peut-être même pour un usage humain.
Le projet a été réalisé par l'étudiant au doctorat Chen Shi, qui est le premier auteur de l'étude.
La conception de Shi est unique par son efficacité volumétrique. Les liaisons de communication RF traditionnelles ne sont pas possibles pour un appareil aussi petit, car la longueur d'onde de l'onde électromagnétique est trop grande par rapport à la taille de l'appareil.
Étant donné que les longueurs d'onde des ultrasons sont beaucoup plus petites à une fréquence donnée (la vitesse du son est beaucoup plus lente que la vitesse de la lumière), l'équipe a utilisé les ultrasons pour alimenter et communiquer sans fil avec l'appareil.
L’équipe a ainsi fabriqué « l’antenne » pour la communication et la puissance des ultrasons directement au-dessus de la puce.
Puce « invisible » à injecter
La puce, implantable/injectable, a été fabriquée par la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company.
L'échographie continue de gagner en importance clinique à mesure que de nouveaux outils et techniques deviennent disponibles. Ce travail poursuit cette tendance.
L'objectif de l'équipe est de développer des puces qui peuvent être injectées dans le corps avec une aiguille hypodermique, puis communiquer à l'extérieur par échographie, fournissant des informations sur quelque chose qu'elles mesurent localement.
