Smartwatches en andere wearables worden steeds beter als het gaat om het monitoren van onze vitale functies en andere biometrie. Maar wat als gebruikers, in plaats van een wearable om te doen, in plaats daarvan hun lichaam konden monitoren? processen door een draadloze, implanteerbare chip te injecteren om hun gezondheid van binnenuit te meten lichamen? En wat als die chip bijna onvoorstelbaar klein was, ongeveer zo groot als een huisstofmijt, en alleen zichtbaar bij onderzoek onder een microscoop?
Inhoud
- De volgende generatie technologie voor het volgen van de gezondheid
- Het kan nog kleiner worden
Dat is wat ingenieurs van de Columbia University School of Engineering and Applied Science hebben ontwikkeld. In samenwerking met 's werelds toonaangevende chipfabricagegigant hebben ze een ultrasone aangedreven, injecteerbare, volledig ontwikkeld functionerend systeem met één chip dat zo klein is dat het op een dag via een injectienaald het menselijk lichaam zou kunnen binnendringen. Als ze daar eenmaal zijn, denken ze dat het vervolgens kan worden gebruikt voor monitoring in het lichaam, waarmee een tijdperk van gezondheidstechnologie die veel verder gaat dan de huidige functionaliteit die wordt geboden door een apparaat voor het volgen van de gezondheid de
Apple Watch.
“Het meest opwindende is de grootte van de chip,” Kenneth Shepard, een professor in biomedische technologie aan Columbia, tegen Digital Trends. “Het gaat niet alleen om de grootte, maar om het feit dat de chip het hele elektronische systeem vormt. Normaal gesproken maken chips deel uit van grotere systemen die andere componenten bevatten om ze te laten functioneren.”
Aanbevolen video's
Een mobiele telefoon bevat bijvoorbeeld veel chips, printplaten, verpakkingen, antennes en batterijen. Hetzelfde geldt voor de meeste geïmplanteerde elektronica, of het nu gaat om pacemakers of ruggenmergstimulatoren. Hoewel ze klein genoeg zijn om in het menselijk lichaam te passen, nemen ze toch veel volume in beslag. Een chip-as-system (CaS)-apparaat slaagt er daarentegen in om een enkel geïntegreerd circuit te comprimeren tot een verbijsterend kleine vormfactor. Het heeft geen draden en kan worden geïntegreerd met alle extra transducers die nodig zijn (in dit onderzoek piëzo-elektrische kristallen).
Shepard zei dat, naar zijn mening, “CaS-apparaten de toekomst zijn van implanteerbare materialen voor allerlei toepassingen.”
De volgende generatie technologie voor het volgen van de gezondheid
De chips zijn gemaakt met de hulp van Taiwan Semiconductor Manufacturing Company halfgeleidergigant die de chips maakt voor de processors uit de A- en M-serie van Apple, samen met tal van anderen.
“Deze chips worden gemaakt door te beginnen met een standaard complementaire metaaloxide-halfgeleidergieterij proces, hetzelfde dat wordt gebruikt voor chips die worden gebruikt voor computers, mobiele telefoons [en] auto's”, aldus Herder. “We gebruiken TSMC voor de fabricage, de grootste halfgeleidergieterij ter wereld. Zodra we de chips terug hebben [naar het laboratorium], moeten we twee dingen doen: we moeten de piëzo-elektrische transducers integreren nodig om te communiceren met echografie, en we moeten de chip zelf snijden en verdunnen tot de zeer kleine vereiste afmetingen hier."
Momenteel kunnen de chips volgens hem worden gebruikt voor het meten van de temperatuur. Dit werk wordt in eerste instantie gedaan als onderdeel van een groter onderzoek naar manieren om wondgenezing te monitoren, hoewel de potentiële toepassingen veel verder gaan. Shepard merkte op dat “hier nog veel andere dingen kunnen worden waargenomen, en daar werken we actief aan. Een van de meest intrigerende is de specifieke herkenning van biomarkers.” Enkele van de biomarkers die ze willen verzamelen zijn onder meer bloeddruk, glucose en ademhaling.
Uiteindelijk zouden injecteerbare chips zoals deze een waardevolle rol kunnen spelen bij het diagnosticeren en helpen behandelen van specifieke aandoeningen bij patiënten. Als ze eenmaal het lichaam zijn binnengedrongen, is het de ambitie van het team om de chips via echografie informatie uit het lichaam te laten communiceren. Dat betekent dat een van deze chips in een specifiek deel van de patiënt kan worden geïnjecteerd en vervolgens realtime gegevens over veranderingen kan leveren.
Het kan nog kleiner worden
Voorlopig blijft dit een work in progress. De chips moeten nog in een mens worden geïnjecteerd en zijn momenteel meer een proof-of-concept van hoe klein een chip kan worden gemaakt. Zoals bij elke medische doorbraak zal ook dit middel een groot aantal klinische onderzoeken moeten ondergaan voordat er enige kans bestaat dat het op de markt beschikbaar komt.
Denk niet dat het team de onderkant van het groottespectrum heeft bereikt als het gaat om hoe klein de chips kunnen worden. Hoe oogverblindend dit ook mag zijn als een showcase van miniaturisatie in actie, Shepard zei dat er nog veel meer moet worden gedaan.
“Ja, dat kan”, zei hij, in antwoord op de vraag of toekomstige chips kleiner kunnen worden. "Blijf kijken. Ik wil nog niet te veel zeggen over andere dingen waar we aan werken, maar kleiner – sterker nog, veel kleiner – is zeker in de maak.”
Onlangs verscheen een artikel waarin het werk wordt beschreven, getiteld ‘Toepassing van een sub-0,1-mm3 implanteerbaar mote voor in vivo real-time draadloze temperatuurmeting’. gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.
Aanbevelingen van de redactie
- Deze gloeilamp kan uw slaap volgen en uw hartslag op afstand volgen
- De draagbare technologie van IBM houdt uw gezondheid in de gaten door de kracht van uw hand te controleren
