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Menor chip injetável do mundo

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Pesquisadores da Universidade de Columbia criam chip menor do que 0,1 mm³ que pode monitorar funções vitais por dentro do organismo (veja co...

Pesquisadores da Universidade de Columbia criam chip menor do que 0,1 mm³ que pode monitorar funções vitais por dentro do organismo (veja com discernimento, imagens de experiências com animais).

Dispositivos médicos implantáveis ​​são amplamente utilizados para fornecer monitoramento e mapeamento de sinais biológicos, o suporte e o aprimoramento de funções fisiológicas além da mitigação e do tratamento de doenças. Eles são responsáveis por um impacto transformador nos cuidados de saúde e na melhoria da qualidade de vida de milhões de pessoas.

Todavia, o tamanho e a quantidade de partes eletrônicas necessárias para o funcionamento desses implantes eletrônicos tradicionais são ineficientes  quando comparados à tendência de cada vez agregar mais funções aos circuitos integrados (CI) e miniaturizar outras partes menos “inteligentes” como interfaces externas para comunicação de dados, antenas e baterias.

Pois esse sensor injetável leva essa tendência ao limite. Esse mote – assim chamados os dispositivos menores que 600 µm – possui 0,3 mm de largura e altura compondo praticamente um cubo com menos de 0,1 mm³.

Na demonstração feita em ratos, o dispositivo foi usado para medir temperatura –  tanto como sinal vital para a saúde humana, essencial na regulação do metabolismo e manutenção da homeostase, quanto como meio de compreensão dos efeitos térmicos decorrentes de procedimentos médicos como, por exemplo, terapias de câncer baseadas em aquecimento – mas dispositivos como esse poderiam monitorar outras coisas como taxa de glicose, respiração, pressão arterial etc.

Com suas diminutas dimensões, esse mote não poderia transmitir ondas de rádio pois os comprimentos de onda seriam maiores do que a antena. Assim ele usa ultrassom na telemetria dos dados coletados o que também permite sua localização biogeográfica. 

Introduzimos novos materiais no semicondutor de óxido de metal padrão para fornecer a ele uma nova função. Neste caso, adicionamos materiais piezoelétricos diretamente no circuito integrado do transdutor de energia acústica em energia elétrica.
Ken Shepard. Líder dos pesquisadores

Também não faz uso de baterias, usando capacitores para armazenar energia continuamente gerada por uma fonte externa sem fio que usa ultrassom para alimentar o aparelho. Seu tamanho também ajuda na biocompatibilidade ao reduzir a rejeição ao corpo estranho, interferência nas funções orgânicas e danos aos tecidos.

Esse pequeno volume também permite que seja injetados vários desses motes simultaneamente de maneira pouco invasiva. Na imagem abaixo, dois motes são usados para monitorar a temperatura do nervo ciático de um camundongo anestesiado.


O estudo foi liderado por Ken Shepard e contou ainda com Elisa Konofagou, Robert e Margaret Hariri, professor de Engenharia Biomédica e professora de radiologia, bem como Stephen A. Lee, estudante de PhD no laboratório Konofagou, que ajudou nos estudos com animais. O design do chip que pretende monitorar os processos vitais de humanos futuramente é de autoria do estudante de doutorado Chen Shi.
O ultrassom continua a crescer em importância clínica à medida que novas ferramentas e técnicas se tornam disponíveis. Este trabalho dá continuidade a essa tendência.
Elisa Konofagou. Pesquisadora
O chip foi fabricado na TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), com modificações de processo adicionais realizadas na Columbia Nano Initiative e na instalação de nanofabricação do Centro de Pesquisa Avançada da Universidade da Cidade de Nova York.

A pesquisa foi em parte apoiada por uma bolsa da Fundação WM Keck e pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), e publicada dia 7 de maio, na Science Advances.




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