معرفی کوچک‌ترین تراشه قابل کاشت جهان

عصر ایران: به لطف معرفی ریزتراشه هایی جدید با اندازه ای بسیار کوچک که فقط زیر میکروسکوپ قابل مشاهده هستند، قرار ملاقات بعدی شما با پزشک به زودی می تواند بسیار آگاهی بخش‌تر باشد.

این شرایط را تصور کنید: جراح شما قصد دارد به طور مداوم بر عملکرد ریه هایتان نظارت داشته باشد تا مطمئن شود سیستم تنفسی به اندازه ای قوی است که در زمان بیهوشی دچار مشکل نشود. از این رو، یک تکنسین با کمک یک سرنگ ریزتراشه های کوچکی را درون بدن شما تزریق می کند. سپس، آنها از یک دستگاه سونوگرافی برای ارتباط با ریزتراشه ها استفاده می کنند و مشخص می شود که آیا برای انجام عمل آماده هستید یا خیر.

این چشم اندازی از آینده با کوچک‌ترین سیستم تک‌تراشه است که یک مدار الکترونیکی کامل محسوب می شود و تکنیسین ها می توانند روزی آن را به طور مستقیم درون بدن تزریق کنند تا برای نظارت و تشخیص برخی مشکلات سلامت استفاده شوند.

بنابر پژوهش جدیدی که در نشریه Science Advances منتشر شده است، دانشمندان در دانشگاه کلمبیا این تراشه ها را طراحی و تولید کرده اند که در حال حاضر دمای بدن را اندازه گیری می کند، اما آنها امیدوارند که روزی این تراشه ها بتوانند برای نظارت بر هر چیزی، از سطوح فشار خون، تا قند خون، تا تنفس استفاده شوند.

به گفته کن شپارد، استاد مهندسی الکترونیک و مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه کلمبیا، ما مشتاق تولید دستگاه هایی مانند این برای تکمیل التراسونوگرافی هستیم تا به چیزی فراتر از بررسی ویژگی های درونی بافت ها دست یابیم.

این دستگاه ها می توانند برای تشخیص موارد و انتقال اطلاعات آنها به تصویر سونوگرافی طراحی شوند که اطلاعات زیست‌جغرافیایی در مورد جایی که این اطلاعات خاص تشخیص داده شده اند نیز فراهم می کند.

اما پیش از این که تئوری های توطئه، مانند مواردی که به تازگی درباره بیل گیتس و ردیابی افراد با تزریق واکسن کرونا مطرح شد، ذهن شما را درگیر کنند، باید به این نکته اشاره داشت که پژوهشگران نمی توانند از این دستگاه های کوچک برای ردیابی افراد استفاده کنند. این ریزتراشه ها حتی از نوع ارتباطات فرکانس رادیویی که برای ردیابی نیاز است، استفاده نمی کنند.

چگونه کار می کند؟

هر تراشه یا موت (Mote)، آنگونه که پژوهشگران نام می برند، دارای سه ویژگی اصلی است. انتقال داده و نیرو هر دو بی سیم هستند؛ رابطی که انسان را به فناوری متصل می کند روی خود تراشه ادغام شده است؛ دستگاه دارای یک ضریب شکل است که آن را برای بدن انسان قابل پذیرش می کند، به این معنی که بسیار کوچک و بدون ایجاد مزاحمت است.

برای ایجاد این ویژگی ها در یک تراشه سنجش دما، تیم پژوهشی کار خود را با یک فرایند معمولی نیمه رسانا اکسید-فلزی مکمل (CMOS) شبیه به فناوری که برای ساخت تراشه یک کامپیوتر، خودرو، یا گوشی هوشمند استفاده می شود، آغاز کردند. تراشه های سی‌ماس همراه با یک جفت نیمه رسانا که به یک منبع ولتاژ ثانویه متصل شده اند، ساخته شده اند، از این رو، آنها در زمان های مخالف کار می کنند؛ زمانی که یک ترانزیستور روشن می شود، دیگری خاموش می شود.

اما پژوهشگران دانشگاه کلمبیا به افزودن یک مبدل پیزوالکتریک در مقایس کوچک به تراشه نیاز داشتند تا بتواند با فناوری سونوگرافی ارتباط برقرار کند. مبدل می تواند امواج صوتی مکانیکی را از دستگاه سونوگرافی به سیگنال های الکتریکی تبدیل کرده و بالعکس. این بخش برای تقویت اتصال با لایه ای کوچک از طلا در هر دو سمت پوشیده شده است. همچنین، ریزتراشه دارای یک لایه فیلم رسانای ویژه و یک ورق نازک مس است.

برای تامین نیروی تراشه، دانشمندان از یک دستگاه سونوگرافی تجاری برای اعمال امواج فراصوت استفاده کردند. به طور معمول، شما می توانید آنتن های فرکانس رادیویی برای انتقال داده در یک تراشه را مشاهده کنید، اما مبدل پیزوالکتریک در اینجا نقش آنتن را دارد. این به دلیل آن است که طول موج های فراصوت بسیار کوچک‌تر از طول موج های رادیویی از فرکانسی مشابه هستند و این اجازه می دهد دستگاه فوق العاده کوچک باشد. تراشه ها دارای حجم کلی کمتر از یک میلیمتر مکعب هستند.

تاکنون، تیم دانشگاه کلمبیا در استفاده از این ریزتراشه ها برای نظارت بر دمای بدن در موش های آزمایشگاهی موفق بوده است. پژوهشگران تراشه ها را درون مغز و پاهای عقب موش ها تزریق کرده تا عملکرد سنجش دما را ارزیابی کنند.

مشخص است که با زمان آزمایش های انسانی فاصله بسیاری داریم. اما شپرد و تیم وی بر این باورند که این ریزتراشه ها در نهایت مفید بودن خود در نظارت بر داده هایی به جز دما، از فشار خون تا شرایط تنفس را ثابت خواهند کرد. این می تواند در بررسی علائم حیاتی پیش از یک عمل جراحی، تعیین مکان تومورها درون اندام ها، یا تنظیمات درمانی مفید باشد.

تئوری های توطئه ریزتراشه ای
ریزتراشه های قابل کاشت که بسیار بزرگ‌تر از این موت ها هستند و به طور معمول زیر پوست قرار می گیرند، چند دهه است که در دسترس هستند. استفاده از ریزتراشه های قابل کاشت در بدن انسان سابقه ای طولانی دارد.

افرادی که از این دستگاه ها استفاده می کنند به طور معمول به عنوان "زیست‌هکر" یا "گریندر" شناخته می شوند و استفاده از ریزتراشه ها را برای گسترش توانایی های بدن خود مد نظر قرار داده و قدرت های کوچکی مانند برداشتن اشیا فلزی یا روشن کردن خودرو با تکان دادن یک دست را به توانایی های خود اضافه کنند.

اما شپرد و تیم پژوهشی وی به این اصلاحات در بدن علاقه خاصی نداشته و استفاده از ریزتراشه های قابل کاشت خارج از تنظیمات مشخص و بالینی را دنبال نمی کنند.

همچنین، باید این نکته مهم را به خاطر داشت که این نوع تراشه ها از آنتن های فرکانس رادیویی برای برقراری ارتباط با جهان خارج استفاده می کنند. این در شرایطی است که تراشه های دانشگاه کلمبیا از مبدل پیزوالکتریک برای برقراری ارتباط با دستگاه سونوگرافی استفاده می کنند.