Enjekte edilebilen küçük çipler vücudunuzu içeriden izliyor

tarafından
38
Enjekte edilebilen küçük çipler vücudunuzu içeriden izliyor

Enjekte edilebilen küçük çipler vücudunuzu içeriden izliyor

New York’taki Columbia Üniversitesi mühendisleri, hastalara hipodermik bir iğne kullanılarak enjekte edilebilecek kadar küçük tek çipli bir tıbbi cihaz geliştirdi.

264696 a383650 2 1 1 1
Enjekte edilebilen küçük çipler vücudunuzu içeriden izliyor

New York’taki Columbia Üniversitesi mühendisleri, sağlığı izlemek için vücuda enjekte edilebilen ultrasonla çalışan küçük bir ‘sistem olarak çip’ cihazı yarattı.

Bu araştırmanın arka planında ne var?

Moore Yasası, bir entegre devre çipi üzerindeki belirli bir alana giderek daha fazla transistör sıkıştırabileceğinizi belirtiyor. Ve bu sayı son 30 ya da 40 yıldır katlanarak artıyor. Öncelikle çipleri küçültmek için değil, aynı boyuttaki bir çipe daha fazla transistör yerleştirmek için kullanıldı. Böylece, bin transistörlü çiplerden on milyarlarca transistörlü çiplere geçildi. Ancak bu yoğunlukla yapılabilecek bir başka şey de çok çok küçük çipler geliştirilmesidir.

Ne kadar küçükten bahsediyoruz?

Yani bu, hem gücü hem de çift yönlü iletişimi destekleyen bildiğimiz en küçük otonom tek çipli sistem – kabaca 300 x 300 mikron [bir mikron = 0,001 mm].

Bu kadar küçük bir çip üretmenin başlıca zorlukları nelerdir?

Bir çipe güç verilmesi ve onunla iletişim kurabilmeniz gerekir, aksi takdirde hiçbir işe yaramaz. Yapılan şey, çipin tüm sistemi oluşturduğu bir cihaz örneğidir. Başka hiçbir şey yok; harici sensör dizisi yok, harici anten yok, harici batarya yok, harici hiçbir şey yok. Ve bir çipin otonom bir sistem olarak çalışabilmesi için birkaç kriteri karşılaması gerekiyor.

Çipe giden tüm güç ve iletişimin kablosuz olarak yapılması gerekiyor. Dolayısıyla, bu kablosuz güç ve iletişim için tüm antenlerin entegre edilmesi gerekir. Ayrıca bu tür implante edilebilir cihazlarda çip aynı zamanda bir şeyleri algıladığından, bu algılama işlevinin de entegre edilmesi gerekir.

Bu kadar küçük bir cihazla radyo dalgaları gibi elektromanyetik yöntemlerle iletişim kurmak çok zor olacaktır çünkü dalga boyu cihazın boyutuna göre çok büyüktür. Onlarca gigahertzde bile, birkaç milimetre aralığında dalga boylarından bahsedersek. Bu cihazın boyutu bir milimetreden çok daha küçük, bu yüzden ultrason kullanılıyor. Bu cihaz elektromanyetik değil akustik ile çalışıyor ve iletişim kuruyor, bu da ses dalgaları vücutta çok iyi hareket ettiği için faydalı.

Çipe ultrasonla nasıl güç veriliyor?

Bu cihazları ultrasonografiyi güçlendirmek ve doğal olarak mevcut olmayan ek bilgiler sağlamak için kullanılması düşünülüyor. Ultrasonun çalışma şekli, vücudunuza bir ses dalgası göndermesidir. Vücudunuzdaki farklı malzemeler veya arayüzler nedeniyle akustik empedansta [bir ultrason ışınının dokudan geçerken karşılaştığı direnç miktarı] bir fark olan akustik bir uyumsuzluk olduğunda, bu akustik enerjinin bir kısmını görüntüleyiciye geri yansıtır.

Ve ultrason görüntüsünde gördüğünüz şey budur. Ancak sizin için mevcut olmayan ya da bilinmeyen pek çok şey var. Örneğin, bu özel çip sıcaklığı ölçer. İçsel ultrason görüntülemede yerel sıcaklık hakkında bir şey bilmenin hiçbir yolu yok. Dolayısıyla, bu cihazlardan biri vücudunuza yerleştirilir ve ultrason ışını ona çarptığında, enerji cihazı çalıştırıyor, bu da yerel sıcaklığı ölçüyor ve yansıyan enerjiyi buna göre ultrason görüntüleyiciye geri modüle ediyor.

Yani gördüğünüz şey, ultrason görüntünüzdeki bu küçük çipin size yanıp sönmesidir. Ve bu yanıp sönme size yerel olarak ne ölçtüğünü söyleyen bilgileri geri gönderiyor.

Bazen enerji hasadı olarak adlandırılan şeyi yapıyor – ultrason ışınından enerjiyi topluyor. Bunu yapmanın yolu da çipin üzerine sesi elektriğe dönüştüren piezoelektrik bir malzeme entegre edilmiş olmasıdır. Yani, bu malzemeye bir basınç dalgası uyguladığınızda – ki ses de bir basınç dalgasıdır, malzeme biraz sıkışır, bu da bir voltaj üretir ve bu voltaj çipe güç sağlamak için kullanılır.

Çipi ne kadar derine yerleştirebilirsiniz?

Bu cihazlar için yaklaşık beş megahertz ultrason kullanılıyor. Çoğu klinik ultrason biraz daha düşük frekansta, genellikle yaklaşık bir megahertz veya daha fazladır. Frekans yükseldikçe, ultrason dokunuzda daha fazla emildiği için daha az derine nüfuz edebilirsiniz. Ancak bir megahertzde dalga boyları bu cihazla iletişim kurmak için çok büyüktür. Dolayısıyla, beş megahertzde, ultrasonun zayıflaması çok büyük hale gelmeden önce yaklaşık 6-7 cm derinliğe inebiliriz ki bu oldukça önemli.

Bunlar vücudun içine nasıl yerleştirilir?

Bunlar 18-gauge hipodermik iğneye sığacak kadar küçüktür, bu yüzden onlar bu şekilde kolayca yerleştirilebiliyor. Aynı şekilde çıkarılabilirler de.

İçeri girdikten sonra nasıl çalışıyorlar?

Cihazların kullanılabileceği iki yol var. Birincisi, kronik olarak implante edildiği yerdir – basitçe yerleştirir ve yalnız bırakırsınız. Ancak vücudunuzda böyle bir şey bulundurmanın uzun vadeli sonuçlarını anlamak için çok daha fazla test yapılması gerekiyor.

İnanışa göre bu kadar küçük olması kabul edilebilir olmasına yardımcı olacak ve böylece yabancı cisim tepkisi daha az olacaktır. Diğer yol ise, bir süre sonra basitçe çıkarmanız olacaktır. Bunu da aynı tür bir hipodermik iğne kullanarak, ancak ultrasonla yönlendirerek yapabilirsiniz. İğneyi yönlendirmek, cihazı bulmak ve ardından emmek için ultrason görüntüleyiciyi kullanırsınız.

Potansiyel uygulamalar nelerdir?

Bu özel tasarım, bir ultrason görüntüleyiciye ek bilgi sağlamak için kullanılmakta. Ve bu, ultrason görüntülemesi yaptığınız hemen hemen her bağlamda kullanılabilir. Örneğin, klinisyenlerin ısı uyguladığı birçok klinik uygulama vardır. Dolayısıyla, ne kadar ısı uyguladığınızı bilmek istiyorsanız, sıcaklığı ölçen çipi kullanabilirsiniz.

Ayrıca aradığınız belirli biyobelirteçler de olabilir, belki bir tümörün geri gelmediğini doğrulamak için zaman içinde sürekli ultrason görüntülemesi yapıyorsunuzdur. Ancak, bir endişe varsa daha da erken belirtmek için biyobelirteçleri ölçen bunun gibi cihazlar yerleştirmek mantıklı olabilir. Ayrıca bir yara içindeki çeşitli biyobelirteçleri izleyerek iyileşmeyi hızlandırmaya çalışıyorlar.

Sonraki adımlar nelerdir?

Bu ‘sistem olarak çip’ implantlarıyla yapabileceğiniz başka pek çok şey var. Şu anda merkezi sinir sistemi arayüzlerine – beyin/bilgisayar arayüzleri ve ağrı yönetimi gibi şeyler için çevresel sinir sistemi ile arayüz oluşturan cihazlar ve kan basıncı gibi şeyleri kontrol etmek için otonom sinir sistemi ile etkileşimler için – çok fazla ilgi var.

Bu cihazların sağladığı şey, hacimsel verimlilik dediğimiz şeydir – belirli bir miktarda yer değiştiren hacim için implante edilebilir cihazdan ne kadar işlev elde edebileceğinizin bir ifadesidir. Bu cihazlar hacimsel açıdan hayal edebileceğiniz en verimli cihazlardır, çünkü minimum miktarda yer değiştiren hacim için bu cihazlardan maksimum miktarda işlev elde edebilirsiniz. Bu da onlara pek çok avantaj sağlar.

kaynakça Science focus Jason Goodyer


önceki yazıya git