Un equipo de ingenieros de la Universidad de Rice introdujo el primer implante neural que se puede programar y cargar de forma remota con un campo magnético.
Su avance puede hacer posible dispositivos integrados como una unidad estimuladora de la médula espinal con un transmisor magnético alimentado por batería en un cinturón portátil.
El microsistema integrado, llamado MagNI para implante neural magnetoeléctrico, incorpora transductores magnetoeléctricos. Estos permiten que el chip recolecte energía de un campo magnético alterno fuera del cuerpo.
El sistema fue desarrollado por Kaiyuan Yang, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática; Jacob Robinson, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y bioingeniería; y los coautores Zhanghao Yu, un estudiante graduado y el estudiante graduado Joshua Chen, todo en Rice's Brown School of Engineering.
Yang presentó el proyecto hoy en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido en San Francisco.
MagNI apunta a aplicaciones que requieren estimulación eléctrica programable de neuronas, por ejemplo, para ayudar a pacientes con epilepsia o enfermedad de Parkinson.
"Esta es la primera demostración de que puede usar un campo magnético para alimentar un implante y también para programar el implante", dijo Yang. "Al integrar los transductores magnetoeléctricos con las tecnologías CMOS semiconductores complementarios de óxido de metal, proporcionamos una bioelectrónicaplataforma para muchas aplicaciones. CMOS es potente, eficiente y económico para tareas de detección y procesamiento de señales ".
Dijo que MagNI tiene claras ventajas sobre los métodos de estimulación actuales, que incluyen ultrasonido, radiación electromagnética, acoplamiento inductivo y tecnologías ópticas.
"La gente ha estado demostrando estimuladores neuronales en esta escala, y aún más pequeña", dijo Yang. "El efecto magnetoeléctrico que utilizamos tiene muchos beneficios sobre los métodos convencionales para la transferencia de energía y datos".
Dijo que los tejidos no absorben los campos magnéticos como lo hacen con otros tipos de señales, y no calentarán tejidos como la radiación electromagnética y óptica o el acoplamiento inductivo. "El ultrasonido no tiene el problema del calentamiento, pero las ondas se reflejan en las interfaces entre diferentesmedios, como cabello y piel o huesos y otros músculos "
Debido a que el campo magnético también transmite señales de control, Yang dijo que MagNI también es "libre de calibración y robusto"
"No requiere ningún voltaje interno o referencia de sincronización", dijo.
Los componentes del dispositivo prototipo se ubican sobre un sustrato de poliimida flexible con solo tres componentes: una película magnetoeléctrica de 2 por 4 milímetros que convierte el campo magnético en un campo eléctrico, un chip CMOS y un condensador para almacenar energía temporalmente.
El equipo probó con éxito la confiabilidad a largo plazo del chip sumergiéndolo en una solución y probando en aire y agar gelatinoso, que emula el ambiente de los tejidos.
Los investigadores también validaron la tecnología excitando a Hydra vulgaris, una pequeña criatura parecida a un pulpo estudiada por el laboratorio de Robinson. Al restringir la hidra con los dispositivos microfluídicos del laboratorio, pudieron ver señales fluorescentes asociadas con las contracciones en las criaturas desencadenadas por el contacto con los chipsActualmente, el equipo está realizando pruebas in vivo del dispositivo en diferentes modelos.
En la generación actual de chips, la energía y la información fluyen solo de una manera, pero Yang dijo que el equipo está trabajando en estrategias de comunicación bidireccionales para facilitar la recopilación de datos de los implantes y permitir más aplicaciones.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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