Nano Chip en humanos

El implante inalámbrico más pequeño del mundo. Tiene el tamaño de un ácaro y puede monitorear el cuerpo

Nano Chip en humanos

Nano Chip en humanos. Un chip desarrollado en la Universidad de Columbia tiene aproximadamente el tamaño de un ácaro. Es tan pequeño, 0,1 mm3, y no necesita pilas para alimentarlo. Extrae energía directamente del medio ambiente. Los científicos se jactan de que el implante puede medir de forma rápida y precisa la temperatura corporal, el nivel de glucosa y la presión arterial.

El dispositivo está hecho de óxidos metálicos y materiales piezoeléctricos. Es totalmente biocompatible, lo que significa que se puede colocar de forma segura en prácticamente cualquier parte del cuerpo humano, y no será rechazado por él, no provocará inflamación ni entrará ninguna sustancia tóxica en el cuerpo.

Los científicos también tienen la intención de perfeccionar su dispositivo y comenzar a venderlo pronto. Los estadounidenses no ocultan que este tipo de dispositivo también se puede usar para monitorear el cuerpo en busca de infecciones por virus. Los implantes pueden proporcionar a los médicos información a la velocidad de la luz sobre la infección y la calidad de la defensa de los pacientes contra ella.

sub–0.1-mm3 implantable mote (mota)

Implante para detección de temperatura de forma inalámbrica  

Buscamos llevar la eficiencia de volumen al límite máximo con la integración monolítica de funciones, incluida la detección, la recolección y el almacenamiento de energía y la telemetría de datos, en un solo chip IC complementario de semiconductor de óxido de metal (CMOS) sin elementos externos.

El uso de condensadores para el almacenamiento de energía requiere una fuente de alimentación inalámbrica externa continua, pero elimina la necesidad de baterías.

En nuestro caso, el volumen del dispositivo es inferior a 0,1 mm 3 , comparable a un grano de sal de mesa, mejorando la biocompatibilidad al reducir el rechazo de cuerpos extraños y el daño tisular, permitiendo el acceso a espacios intersticiales limitados e interfiriendo menos con las funciones fisiológicas a monitorizar

Los procedimientos de implantación se reducen a la inyección, que puede hacerse más fácil y menos invasiva .

A las escalas de longitud de estos dispositivos motrices (dimensiones lineales inferiores a 600 μm), no es posible un acoplamiento eficaz a la energía electromagnética de radiofrecuencia o de ondas milimétricas porque las longitudes de onda son sustancialmente mayores que los tamaños de antena alcanzables.

En su lugar, utilizamos ultrasonido, que atenúa los tejidos blandos en una escala de solo ~ 0,5 a 1 dB / (cm · MHz). A ~ 8,3 MHz, una longitud de onda de solo ~ 185 μm permite un acoplamiento eficiente a un transductor piezoeléctrico integrado en el mote.

El uso de estas motas en el contexto de la obtención de imágenes por ultrasonido también permite determinar las ubicaciones biogeográficas de las motas . Si bien existen varios ejemplos recientes de implantes de ultrasonido-accionado, estos dispositivos tienen niveles mucho más bajos de integración de que los volúmenes de desarrollados aquí y desplazadas más de 10 veces mayor en el mejor de los casos ( 26 )..

Diseño de la mota ultrasónica monolítica

La mota consiste en un sensor de temperatura IC fabricado en una tecnología CMOS a granel de 0,18 μm integrada monolíticamente con un transductor piezoeléctrico a microescala hecho de titanato de circonato de plomo (PZT). Sin cables de unión, juntas de soldadura ni placas de circuito, este mote de 0,3 mg mide solo 380 μm por 300 μm por 570 μm (0,065 mm 3 ) con conexiones mecánicas y eléctricas directas entre el transductor (300 μm por 300 μm por 267 μm) y el IC.

Nano Chip en humanos

En la se muestra una vista deconstruida de la mota figura 1A . El IC CMOS contiene dos almohadillas de aluminio (Al) expuestas conectadas a los nodos de entrada y tierra. La almohadilla de entrada está conectada al lado superior del transductor, que está cubierto con 50 nm de oro depositado por haz de electrones (Au) y conectado a la almohadilla de entrada de Al con una capa conforme de 1,2 μm de espesor de cobre depositado por pulverización catódica ( Cu).

La almohadilla de tierra de Al (250 μm por 250 μm, que define el área efectiva del transductor) se conecta al lado inferior cubierto de Au de 50 nm de espesor del transductor utilizando una película conductora anisotrópica (ACF). Una capa de parileno de 8 μm de espesor se deposita uniformemente sobre la mota con una cobertura completa (no se muestra) para proporcionar pasivación biocompatible (consulte Materiales y métodos para un protocolo de fabricación más detallado y la figura S1 para un esquema de fabricación detallado). Cuando se aplica ultrasonido, se genera un voltaje de salida a través de los dos lados del transductor para alimentar el IC.

La figura 1B es una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) de la mota, también mostrada a escala en la figura 1C . La Figura 1D muestra una mota colocada en la punta de una aguja de calibre 18 (G) (diámetro interno de 0,84 mm), lo que destaca el factor de forma altamente miniaturizado del dispositivo. La Figura 1E muestra siete motas cargadas en una jeringa de 1 ml llena de solución salina tamponada con fosfato (PBS) lista para una inyección.

Financiamiento: Este trabajo fue apoyado en parte por una subvención de la Fundación WM Keck y por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) bajo el Contrato HR0011-15-2-0054 y el Acuerdo de Cooperación D20AC00004.

Contribuciones de los autores: CS y KLS conceptualizaron el estudio y realizaron análisis de datos. CS diseñó y probó los circuitos, fabricó las motas completamente integradas, realizó la caracterización por ultrasonido, realizó la experimentación y escribió el artículo. VA-P. y SAL asistió en experimentos in vivo. TC y JE ayudaron en la fabricación de dispositivos, caracterización por ultrasonido y experimentos in vitro. SAL y EEK proporcionaron asesoramiento para la neuromodulación basada en FUS y orientación para experimentos in vivo. KLS proporcionó supervisión y orientación generales. Todos los autores proporcionaron comentarios y editaron el manuscrito.

Intereses en competencia: CS y KLS figuran como inventores en una patente presentada por la Universidad de Columbia (patente nº US 10,898,168 B2, publicada el 26 de enero de 2021). Los otros autores declaran que no tienen intereses en competencia.

Disponibilidad de datos y materiales: Todos los datos necesarios para evaluar las conclusiones del artículo están presentes en el artículo y / o en los Materiales Suplementarios.

Copyright © 2021 Los Autores, algunos derechos reservados; licenciatario exclusivo de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. Sin reclamo sobre obras originales del gobierno de EE. Distribuido bajo una licencia de atribución no comercial 4.0 de Creative Commons (CC BY-NC).

https://advances.sciencemag.org/content/7/19/eabf6312

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