Litet nytt injicerbart chip spårar data inifrån din kropp

Smartwatches och andra wearables blir bättre och bättre när det gäller att övervaka våra vitala tecken och annan biometri. Men tänk om användarna istället för att spänna på sig en bärbar enhet istället kunde övervaka sin kropp processer genom att injicera ett trådlöst, implanterbart chip för att mäta deras hälsa från insidan av deras kroppar? Och tänk om chipet var nästan ofattbart litet, ungefär lika stort som ett dammkvalster och bara synligt när det undersöks i mikroskop?

Det är vad ingenjörer vid Columbia University School of Engineering and Applied Science har utvecklat. I samarbete med världens ledande chiptillverkningsjätte har de skapat en ultraljudsdriven, injicerbar, helt fungerande enchipssystem som är så litet att det en dag kan komma in i människokroppen med hjälp av en injektionsnål. Väl där tror de att det kan användas för övervakning av kroppen, vilket inleder en ålder av hälsoteknik som går långt utöver den nuvarande funktionaliteten som erbjuds av en hälsospårningsenhet som de

"Det som är mest spännande är storleken på chipet," Kenneth Shepard, en professor i biomedicinsk ingenjörskonst vid Columbia, berättade för Digital Trends. "Det är inte bara storleken, utan det faktum att chipet är hela det elektroniska systemet. Normalt är chips en del av större system som inkluderar andra komponenter för att få dem att fungera."

En mobiltelefon, till exempel, består av massor av chips, kort, förpackningar, antenner och batteri. Detsamma gäller för majoriteten av implanterad elektronik, oavsett om de är pacemakers eller ryggmärgsstimulatorer. Även om de är tillräckligt små för att passa in i människokroppen, tar de ändå upp mycket volym. En chip-as-system (CaS)-enhet, å andra sidan, lyckas komprimera en enda integrerad krets till en förbluffande liten formfaktor. Den har inga ledningar och kan integreras med vilka ytterligare givare som krävs (i denna studie, piezoelektriska kristaller).

Shepard sa att, enligt hans åsikt, "CaS-enheter är framtiden för implanterbara enheter för alla typer av applikationer."

Nästa generation av hälsospårningsteknik

Chipsen skapades med hjälp av Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, detsamma halvledarjätte som tillverkar chipsen för Apples processorer i A- och M-serien, tillsammans med massor av andra.

"Dessa chips skapas genom att börja med ett standardkomplementärt metall-oxid-halvledargjuteri process, samma som används för chips som används för datorer, mobiltelefoner, [och] bilar”, sa Shepard. "Vi använder TSMC för fab, som är världens största halvledargjuteri. När vi väl fått tillbaka chipsen [till labbet] måste vi göra två saker: Vi måste integrera de piezoelektriska omvandlarna behövs för att ansluta till ultraljud, och vi måste skära och tunna själva chippet ner till de mycket små dimensionerna som krävs här."

För närvarande, sa han, kan chipsen användas för att känna av temperatur. Detta arbete görs initialt som en del av en större satsning på hur man kan övervaka sårläkning, även om de potentiella tillämpningarna går långt utöver det. Shepard noterade att "många andra saker kan anas här, och vi arbetar aktivt med dessa. En av de mest spännande är specifik igenkänning av biomarkörer." Några av de biomarkörer som de är intresserade av att samla in inkluderar bland annat blodtryck, glukos och andning.

I slutändan kan injicerbara chips som detta spela en värdefull roll för att diagnostisera och hjälpa till att behandla specifika åkommor hos patienter. När de väl har kommit in i kroppen är teamets ambition att låta chipsen kommunicera information från kroppen med hjälp av ultraljud. Det betyder att ett av dessa chips kan injiceras i en specifik del av patienten och sedan kunna tillhandahålla realtidsdata om förändringar.

Saker och ting kan bli ännu mindre

För närvarande är detta ett pågående arbete. Chipsen har ännu inte injicerats i ett mänskligt ämne och är för närvarande mer ett bevis på hur litet chip det är möjligt att göra. Som med alla medicinska genombrott kommer detta att behöva gå igenom många kliniska prövningar innan det finns någon chans att det blir tillgängligt på marknaden.

Tro inte att laget har nått den nedre delen av storleksspektrat när det gäller hur små markerna kan bli. Hur bländande detta än kan vara som en uppvisning av miniatyrisering i aktion, sa Shepard att det finns mycket mer att göra.

"Ja, det kan vi", sa han och svarade på frågan om framtida marker kan bli mindre. "Håll utkik. Jag vill inte säga för mycket ännu om andra saker vi arbetar med, men mindre – faktiskt mycket mindre – är definitivt på gång.”

En artikel som beskriver arbetet, med titeln "Applicering av en sub-0,1 mm3 implanterbar mote för in vivo trådlös temperaturavkänning i realtid," var nyligen publicerad i tidskriften Science Advances.

Redaktörens rekommendationer

• Denna glödlampa kan spåra din sömn och övervaka din puls på långt håll
• IBMs bärbara teknik övervakar din hälsa genom att kontrollera din handstyrka