شريحة جديدة صغيرة قابلة للحقن تتتبع البيانات من داخل جسمك

تتحسن الساعات الذكية وغيرها من الأجهزة القابلة للارتداء أكثر فأكثر عندما يتعلق الأمر بمراقبة علاماتنا الحيوية والقياسات الحيوية الأخرى. ولكن ماذا لو كان المستخدمون، بدلاً من ارتداء جهاز يمكن ارتداؤه، قادرين على مراقبة أجسادهم؟ العمليات عن طريق حقن شريحة لاسلكية قابلة للزرع لقياس صحتهم من داخل أجسادهم جثث؟ وماذا لو كانت الشريحة المذكورة صغيرة بشكل لا يمكن تصوره، بحجم عث الغبار ولا يمكن رؤيتها إلا عند فحصها تحت المجهر؟

هذا ما طوره المهندسون في كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة كولومبيا. من خلال العمل مع شركة تصنيع الرقائق الرائدة عالميًا، قاموا بإنشاء جهاز يعمل بالموجات فوق الصوتية وقابل للحقن بالكامل نظام فعال مكون من شريحة واحدة وهو صغير جدًا لدرجة أنه يمكن أن يدخل يومًا ما إلى جسم الإنسان عن طريق إبرة تحت الجلد. بمجرد وصولهم إلى هناك، يعتقدون أنه يمكن استخدامه بعد ذلك للمراقبة داخل الجسم، إيذانا ببدء عصر التكنولوجيا الصحية التي تتجاوز الوظائف الحالية التي يقدمها جهاز تتبع الصحة مثل ال ساعة أبل.

"الأمر الأكثر إثارة هو حجم الشريحة"

كينيث شيبردوقال أستاذ الهندسة الطبية الحيوية في جامعة كولومبيا لـ Digital Trends. "الأمر لا يتعلق بالحجم فحسب، بل أيضًا بحقيقة أن الشريحة هي النظام الإلكتروني بأكمله. عادةً ما تكون الرقائق جزءًا من أنظمة أكبر تتضمن مكونات أخرى لجعلها تعمل.

يحتوي الهاتف الخلوي، على سبيل المثال، على الكثير من الرقائق واللوحات والتغليف والهوائيات والبطارية. وينطبق الشيء نفسه على غالبية الأجهزة الإلكترونية المزروعة، سواء كانت أجهزة تنظيم ضربات القلب أو محفزات الحبل الشوكي. على الرغم من أنها صغيرة بما يكفي لتناسب جسم الإنسان، إلا أنها تشغل حجمًا كبيرًا. من ناحية أخرى، يتمكن جهاز الشريحة كنظام (CaS) من ضغط دائرة متكاملة واحدة في عامل شكل صغير بشكل مذهل. لا تحتوي على أسلاك ويمكن دمجها مع أي محولات طاقة إضافية مطلوبة (في هذه الدراسة، البلورات الكهرضغطية).

وقال شيبرد، في رأيه، "إن أجهزة CaS هي مستقبل الأجهزة المزروعة لجميع أنواع التطبيقات."

الجيل القادم من تكنولوجيا تتبع الصحة

وتم تصنيع الرقائق بمساعدة شركة تايوان لتصنيع أشباه الموصلات، وهي نفس الشركة عملاق أشباه الموصلات الذي يصنع الرقائق لمعالجات السلسلة A وM من Apple، إلى جانب الكثير من آحرون.

"يتم إنشاء هذه الرقائق من خلال البدء بمسبك قياسي لأشباه الموصلات لأكسيد المعادن العملية نفسها المستخدمة في الرقائق المستخدمة لأجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة والسيارات شيبرد. " نحن نستخدم TSMC لشركة Fab، وهو أكبر مسبك لأشباه الموصلات في العالم. بمجرد أن نعيد الرقائق [إلى المختبر]، يتعين علينا القيام بأمرين: علينا دمج محولات الطاقة الكهرضغطية اللازمة للتفاعل مع الموجات فوق الصوتية، ونحن بحاجة إلى قطع الشريحة نفسها ورقيقتها إلى الأبعاد الصغيرة جدًا المطلوبة هنا."

وقال إنه يمكن حاليا استخدام الرقائق لاستشعار درجة الحرارة. يتم تنفيذ هذا العمل في البداية كجزء من جهد أكبر يبحث عن طرق لمراقبة التئام الجروح، على الرغم من أن التطبيقات المحتملة تذهب إلى ما هو أبعد من ذلك. وأشار شيبرد إلى أنه «يمكن استشعار الكثير من الأشياء الأخرى هنا، ونحن نعمل بنشاط على هذه الأشياء. وأحد أكثر الأمور إثارة للاهتمام هو التعرف المحدد على المؤشرات الحيوية. تشمل بعض المؤشرات الحيوية التي يهتمون بجمعها ضغط الدم والجلوكوز والتنفس وغيرها.

في نهاية المطاف، يمكن للرقائق القابلة للحقن مثل هذه أن تلعب دورًا قيمًا في تشخيص أمراض معينة والمساعدة في علاجها لدى المرضى. بمجرد دخولها الجسم، يطمح الفريق إلى السماح للرقائق بتوصيل المعلومات من الجسم عن طريق الموجات فوق الصوتية. وهذا يعني أنه يمكن حقن إحدى هذه الرقائق في جزء معين من المريض، ومن ثم ستكون قادرة على توفير بيانات في الوقت الفعلي حول التغييرات.

يمكن أن تصبح الأمور أصغر

في الوقت الحالي، لا يزال هذا العمل قيد التقدم. لم يتم بعد حقن الرقائق في جسم الإنسان، وهي حاليًا دليل على مفهوم مدى صغر حجم الشريحة التي يمكن صنعها. كما هو الحال مع أي اختراق طبي، سيحتاج هذا إلى المرور بالكثير من التجارب السريرية قبل أن تكون هناك أي فرصة لإتاحته في السوق.

لا تعتقد أن الفريق قد وصل إلى الحد الأدنى من طيف التحجيم من حيث مدى صغر حجم رقائقه. على الرغم من أن هذا قد يكون عرضًا مبهرًا للتصغير أثناء العمل، إلا أن شيبرد قال إن هناك الكثير مما يتعين القيام به.

وقال: «نعم، نستطيع ذلك»، ردًا على سؤال حول ما إذا كان من الممكن أن تصبح الرقائق المستقبلية أصغر حجمًا. "ابقوا متابعين. لا أريد أن أقول الكثير بعد عن الأشياء الأخرى التي نعمل عليها، ولكن أصغر - في الواقع، أصغر بكثير - يجري العمل عليه بالتأكيد.

نُشرت مؤخرًا ورقة بحثية تصف العمل بعنوان "تطبيق ذرة قابلة للزرع يقل حجمها عن 0.1 مم3 لاستشعار درجة الحرارة اللاسلكية في الوقت الفعلي داخل الجسم الحي". نشرت في مجلة تقدم العلوم.

توصيات المحررين

• يمكن لهذا المصباح الكهربائي تتبع نومك ومراقبة معدل ضربات قلبك من بعيد
• تقوم تقنية IBM القابلة للارتداء بمراقبة صحتك عن طريق التحقق من قوة يدك