Préparez vous à être pucés pour votre santé
Application d’une puce implantable de moins de 0,1 mm3 à la détection de la température sans fil en temps réel in vivo.
07/05/2021
Résumé
On s’intéresse de plus en plus aux dispositifs médicaux implantables sans fil et miniaturisés pour la surveillance physiologique in vivo et in situ. Nous présentons ici un tel implant qui utilise un imageur à ultrasons conventionnel pour l’alimentation sans fil et la communication de données et qui agit comme une sonde pour la détection de la température en temps réel. Le dispositif de moins de 0,1 mm3 et de moins de 1 nanowatt, appelé mote, atteint une miniaturisation radicale grâce à l’intégration monolithique d’une puce de capteur de température personnalisée à faible puissance et d’un transducteur piézoélectrique à l’échelle microscopique fabriqué au-dessus de la puce. Le petit volume déplacé de ces mottes permet de les implanter ou de les injecter en utilisant des techniques peu invasives avec une biocompatibilité améliorée. Nos motes ont le potentiel d’être adaptés à la détection distribuée et localisée d’autres paramètres physiologiques cliniquement pertinents.
Les dispositifs médicaux implantables sont largement utilisés pour assurer la surveillance et la cartographie des signaux biologiques, le soutien et l’amélioration des fonctions physiologiques, ainsi que l’atténuation et le traitement des maladies. Ils ont un impact transformateur sur les soins de santé et améliorent la qualité de vie de millions de personnes. En particulier, les dispositifs implantables permettant de surveiller les paramètres physiologiques, tels que la température, la pression sanguine, le glucose et la respiration, afin d’informer l’état de santé d’un individu, sont d’une grande importance et d’un grand intérêt pour les procédures diagnostiques et thérapeutiques. Ces dispositifs effectuent une détection et un enregistrement in vivo des signaux pertinents directement aux endroits ciblés pour un diagnostic précoce des problèmes de santé, ce qui permet de déployer les interventions nécessaires dès l’apparition d’événements indésirables.
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Conception de la mote monolithique à ultrasons
La mote se compose d’un circuit intégré de capteur de température fabriqué en technologie CMOS massif de 0,18-μm intégré de manière monolithique à un transducteur piézoélectrique microscopique en titanate de zirconate de plomb (PZT). Exempte de tout fil de liaison, de soudure et de carte de circuit imprimé, cette mote de 0,3 mg ne mesure que 380 μm par 300 μm par 570 μm (0,065 mm3) avec des connexions mécaniques et électriques directes entre le transducteur (300 μm par 300 μm par 267 μm) et le circuit intégré. Le circuit intégré CMOS contient deux plots en aluminium (Al) exposés, connectés aux nœuds d’entrée et de masse. Le plot d’entrée est connecté à la face supérieure du transducteur, qui est recouvert de 50 nm d’or (Au) déposé par faisceau d’électrons et connecté au plot d’entrée Al avec une couche conforme de 1,2μm d’épaisseur de cuivre (Cu) déposé par pulvérisation. Le plot de masse en Al (250 μm par 250 μm, qui définit la surface effective du transducteur) est connecté à la face inférieure recouverte d’Au de 50 nm d’épaisseur du transducteur à l’aide d’un film conducteur anisotrope (ACF). Une couche de parylène de 8-μm d’épaisseur est déposée uniformément sur le mote avec une couverture complète (non représentée) pour fournir une passivation biocompatible. Lorsque les ultrasons sont appliqués, une tension de sortie est générée entre les deux côtés du transducteur pour alimenter le circuit intégré.
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Évaluation in vivo chez la souris
Les motes ont été injectés chez des souris de laboratoire afin d’évaluer leurs performances de détection de la température dans plusieurs emplacements anatomiques et comme outil de mesure de l’échauffement local dans le contexte de la neuromodulation FUS du nerf sciatique.
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