– Chcieliśmy zobaczyć, jak mały działający czip jesteśmy w stanie wykonać. Wykorzystaliśmy nowy pomysł na „czip jako system”. Nasz czip – sam, bez żadnych dodatkowych narzędzi – jest w pełni działającym systemem elektronicznym – mówi kierownik badania Ken Shepard, profesor elektrotechniki i inżynierii biomedycznej.

Prototyp czipu wykonał doktorant Chen Shi, który jest głównym autorem badania opublikowanego na łamach „Science”. Pomysł jest wyjątkowy pod względem wielkości oraz ilości funkcji zawartych w tak małym urządzeniu.

Fale ultradźwiękowe do zasilania& czipu

Jedną z głównych trudności przy konstruowaniu mikroczipu było zapewnienie mu zasilania oraz komunikacji między czipem a odbiornikiem znajdującym się poza organizmem. Stosowane do tej pory implanty miały o wiele większe rozmiary, dzięki czemu w ich skład wchodziły moduły do komunikacji radiowej. Były jednak mało efektywne – wymagały wielu układów, przewodów i zewnętrznych przetworników, a do zasilania ich często potrzebne były baterie.

Nowojorscy naukowcy postanowili pójść za wiodącym trendem w elektronice, który stawia na ściślejszą integrację komponentów urządzenia, przenosząc coraz więcej funkcji na sam układ scalony. To pozwoliło na stworzenie mikroskopijnego, ale w pełni funkcjonalnego urządzenia.

Do bezprzewodowego zasilania i komunikacji z czipem zespół wykorzystał ultradźwięki. Inżynierowie zaprojektowali specjalną „antenę” odbierającą i wysyłającą fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości i umieścili ją bezpośrednio na mikroczipie. – Zastosowaliśmy materiały piezoelektryczne, czyli takie, które zamieniają energię akustyczną w energię elektryczną i na odwrót – wyjaśnia prof. Shepard.

Miniaturowy czip mierzy temperaturę i ciśnienie krwi

Czip został wyprodukowany przez firmę Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Dodatkowe modyfikacje przeprowadzono w laboratoriach i warsztatach nanotechnologicznych w Nowym Jorku.

Pierwsze testy czipu przeprowadzono na myszach. Prototyp urządzenia pozwala mierzyć temperaturę ciała oraz ciśnienie krwi w czasie rzeczywistym, ale jego twórcy mają nadzieję, że dalsze prace pozwolą jeszcze udoskonalić system i zaprogramować chip do śledzenia dowolnych funkcji życiowych – np. poziomu glukozy we krwi czy jej wysycenia tlenem (saturacji).

– Sądzimy, że to może być rewolucja w opracowywaniu bezprzewodowych, zminiaturyzowanych wszczepialnych urządzeń medycznych, które mogą być stosowane w badaniach klinicznych i ostatecznie zatwierdzone do użytku u ludzi – mówi prof. Shepard. Autorzy projektu uważają, że powszechne stosowanie mikroczipów do monitorowania sygnałów biologicznych, wspomagania i wzmacniania funkcji fizjologicznych zmieni opiekę zdrowotną i poprawi jakość życia milionów ludzi, szczególnie cierpiących na choroby przewlekłe.

Źródło: Science Advances