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La plus petite puce électronique au Monde utilise des ultrasons.

Microscopique circuit électronique complet recueillit en temps réel des données de médecine.

dimanche 16 mai 2021, par Hugo Mastréo

La démonstration est désormais faite. L’homme peut repousser les limites de la petite taille, d’une puce fonctionnelle qui peut être fabriquée, à même l’invisible à l’œil nu. L’électronique au bénéfice du génie biomédical est une nouvelle idée, car il y a tout système complet qui répond de son emplacement et pour la mission à laquelle il est conçu. En matière de santé, c’est révolutionnaire, ce développement de dispositifs médicaux implantables, fonctionnant sans fil et transmettant des données justes et utiles.

Jamais la miniaturisation n’a atteint un tel degré de petitesse. Une puce électronique aux dimensions inférieures à 0,1 mm3 sert à la détection, sans fil en temps réel in vivo, de la température chez des malades. Elle est bien pourtant un ensemble implantable/injectable, sans autre emballage pour envelopper son système, dont on a déjà vérifié les performances absolument précis.

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Elle a été fabriquée par la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Et a subi des améliorations avec des modifications de processus supplémentaires, effectuées dans la salle blanche de la Columbia Nano Initiative et la nanofabrication du City University of New York Advanced, auprès du Science Research Center (ASRC) Établissement, selon des commentaires la concernant.

On connaissait Taïwan comme pays asiatique ayant commencé par l’imitation des produits et les miniaturisations. Cette option d’industrialisation a aussi servi pour le Japon et la Chine, avec certains conflits, aujourd’hui oubliés, sur les brevets, les droits d’auteurs et l’espionnage industriel. Mais beaucoup a coulé depuis avec la rapidité des pentes qui dont ramener du bien à ceux qui travaillent.

Les ingénieurs de « Columbia ingenering » ont développé le plus petit système « monopuce » qui est un circuit électronique fonctionnel complet. Les puces implantables visibles uniquement au microscope indiquent la voie vers le développement des mêmes éléments électroniques qui peuvent être injectées dans le corps, avec une aiguille hypodermique pour surveiller les conditions médicales d’un malade.

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L’expérience d’essai a suivi les étapes nécessaires. D’abord il fallait caractériser la fonctionnalité de détection de température, avec un modèle tissulaire in vitro. Les mottes ont été chargées sur un morceau de substrat de polyamide biocompatible (PI) pour la manipulation et incorporées séparément dans un morceau de tissu musculaire de poulet. Puis ce dernier a été placé sur une plaque chauffante pour le contrôle de la température.

Un tel implant qui utilise un imageur à ultrasons conventionnel pour l’alimentation sans fil et la communication de données et agit comme une sonde pour la détection de température en temps réel, y compris la surveillance de la température corporelle et des changements de température résultant de l’application thérapeutique des ultrasons. La conception a été réalisée par l’étudiant au doctorat Chen Shi, qui est le premier auteur de l’étude, publiée à cette effet.

Ce bel objet de technologie est même intriguant, quand à travers les vaccins anti-COVID-19, la théorie du complot prédisait l’injection de puce. Cependant l’introduction de nouveaux matériaux sur le semi-conducteur oxyde-métal complémentaire standard pour fournir une nouvelle fonction, est un panache hautement perfectionné.

La conception est unique par son efficacité volumétrique. La quantité de fonction contenue est magique. Les liaisons de communication RF traditionnelles ne sont pas possibles pour un appareil aussi petit, car la longueur d’onde de l’onde électromagnétique est trop grande par rapport à la taille de l’appareil.

Étant donné que les longueurs d’onde des ultrasons sont beaucoup plus petites à une fréquence donnée, car la vitesse du son est bien inférieure à la vitesse de la lumière, l’équipe a utilisé les ultrasons pour alimenter et communiquer avec l’appareil sans fil. Ils ont fabriqué l ’« antenne » pour communiquer et alimenter avec des ultrasons directement sur le dessus de la puce.

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Ce micro-appareil est destiné à mesurer la température corporelle, mais l’équipe travaille sur de nombreuses autres possibilités. Dans ce cas, des matériaux piézoélectriques (réagissant à l’électricité et à la pression physique, ont été ajoutés directement sur le circuit intégré pour transducteur acoustique énergie en énergie électrique. Une fois dans le corps, la puce communique hors du corps par ultrasons.

Le dispositif appelé « mote » (grain), est réalisé en miniaturisation, grâce à l’intégration monolithique d’une puce de capteur de température de faible puissance personnalisée. Elle est d’une échelle micrométrique fabriqué sur le dessus de la puce. Son faible volume, permet l’implantation ou l’injection en utilisant des techniques mini-invasives avec une biocompatibilité améliorée.

La démonstration de leur fonctionnalité de détection in vivo pour une procédure de neurostimulation par ultrasons est faite chez la souris. Les particules ont le potentiel d’être adaptées à la détection distribuée et localisée d’autres paramètres physiologiques cliniquement pertinents dont la lecture de la température du corps où elle est posée.

On peut surveiller les conditions physiologiques, telles que la température, la pression artérielle, le glucose et la respiration pour les procédures diagnostiques et thérapeutiques les communes. En terme de volume maniable et moins encombrant, trouvant facilement son emplacement, l’électronique implantée conventionnellement s’avère être très inefficace.

C’est donc un pas des plus importants de cette année. Le plus petit système électronique au Monde, qu’on peut observer uniquement au microscope, occupe 0.1mm cube d’espace, sinon encore un peu moins. Il sera utilisé en médecine, puisqu’il communique efficacement, d’après les essais et expérimentations, des informations utiles du corps où il est introduit par injection !

L’article de la revue ScienceAdvances.

& de Columbia Engineering

L’illustration de cet article est l’image E de "fig. 1" in "ScienceAdvances".


Voir en ligne : Science, recherches, études...

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