科学者たちは、緑内障患者の監視と治療、およびその他の生物医学的用途のための、小型で埋め込み可能な自己発電型無線送信チップを開発した。
2.4GHzの超低電力送信機は砂粒ほどの大きさだと、米国のパデュー大学のライリー生物医学工学教授で電気・コンピュータ工学教授のペドロ・イラゾキ氏は火曜日のレジスター紙との電話インタビューで語った。
「コンタクトレンズ内で眼球内部を刺激できる技術を開発したからこそ実現できたのです」と、緑内障を治療できるコンタクトレンズを開発しているパデュー大学関連の新興企業バイオノードの最高技術責任者も務めるイラゾキ氏は付け加えた。
この送信機は緑内障患者の眼に埋め込まれ、眼圧の測定値を送信するために設計されています。眼圧が高すぎると視神経が損傷し、失明につながる可能性があります。医師はこれらの測定値に基づいて、眼圧を正常化するために電流を流す必要があるかどうかを判断します。
このギズモについては、IEEE Transactions on Circuits and Systems II に掲載されたこの論文で説明されています。
論文より：無線センサーノードおよびバイオメディカルデバイス向けの完全埋め込み型送信チップ… クレジット：Hansraj Bhamra/Purdue University。クリックして拡大
イラゾキ氏は、多くの医療行為がオープンループで行われていると述べた。「抗生物質を服用しても、その効果を測定する人は誰もいません」と彼は言った。「本当に知りたいのは、体がリアルタイムでどう反応しているかということです。」
生物医学的データを報告し、治療反応を適用できる埋め込み型デバイスがあれば、そのループは閉じられると彼は示唆する。
体内に蓄えておきたいバッテリーに頼るのではなく、この送信機は空洞共振器ベースの磁気共鳴結合を利用して無線周波数の波を直流に変換することで電力を収集します。
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「基本的に、バッテリーは必要ないんです」と、この技術を開発した研究開発科学者のハンスラジ・バムラ博士は、 The Register紙との電話インタビューで語った。「大きなバッテリーを身につけたい人は誰もいないんです。」
バムラ氏によると、この送信機は送信デジタルビットあたり7ピコジュールのエネルギー効率を誇り、これまで公表されている送信機の中で最も低い消費電力を実現しています。アクティブモードでは、10Mbpsで70マイクロワットの電力を消費し、-33dBmの電力を放射します。スリープモードでは、消費電力は128ピコワットです。
パーデュー大学の研究者たちは独自の無線通信インターフェースを実装したが、そのチップは2.4GHzで動作するため、Wi-FiやBluetoothにも簡単に対応できると彼らは言う。
0.18マイクロメートルCMOSプロセスを用いて製造されたこの送信機は、金、シリコン、そしてパリレンと呼ばれるポリマーといった生体適合性材料で作られています。電力効率と小型化を実現するために、複数の革新的な技術が活用されています。
たとえば、NMOS および PMOS クロスカップルド トランジスタを備えた電圧制御発振器 (VCO) が組み込まれており、標準の NMOS または PMOS コンポーネントのみを使用する実装よりも 2 倍低い起動電流と 1MHz オフセットでの 10.5db 低い位相ノイズをサポートします。
イラゾキ氏は、チップの寿命を測る試験はまだ行われていないものの、少なくとも5年から10年は動作すると期待していると述べた。このデバイスは実験用ラットに埋め込まれているが、人間への応用はまだ試みられていない。
この送信機は緑内障の治療用に設計されたものですが、イラゾキ氏は、心臓病、がん治療、てんかんなど、リアルタイムのバイオメディカル相互作用が役立つ他のシナリオでも使用できる可能性があると示唆しています。®
