Cette semaine, à l'ISSCC 2020 (16-20 février, San Francisco), imec, un pôle de recherche et d'innovation de premier plan dans le domaine de la nanoélectronique et des technologies numériques, présente le premier émetteur-récepteur sans fil à l'échelle du mm pour les pilules insérables intelligentes. Il s'agit d'une première percée dans l'aspiration d'imec à réaliser des capteurs ingérables autonomes capables de mesurer des paramètres de santé tels que la santé intestinale et de transmettre en temps réel les données à l'extérieur du corps.

Les processus digestifs et les maladies gastro-intestinales sont difficiles à diagnostiquer. Les procédures actuelles telles que l'inspection endoscopique et l'analyse d'échantillons de selles sont inconfortables et ne fournissent que des observations ponctuelles. Traqueurs de santé ingérables, assez petit pour être avalé, pourrait collecter des informations sur une plus longue période de temps et transmettre les données à l'extérieur du corps. De plus, fixer les capteurs ingérables le long du tractus gastro-intestinal, permet des enregistrements plus longs dans des lieux d'intérêt spécifiques. Aussi, cela augmenterait le confort du patient, car il ou elle pourrait rester en dehors de l'hôpital pendant que les données sont collectées et envoyées en temps réel au médecin.

Jusqu'à 30 fois plus petit que l'état de l'art

L'un des défis de la réalisation des pilules électroniques est de développer une liaison sans fil qui répond au volume, contraintes de puissance et de performance pour une transmission de données fiable pendant la période de temps pendant laquelle le capteur collecte des données à l'intérieur du corps. Le nouvel émetteur-récepteur sans fil d'Imec prend en charge les bandes de fréquences médicales de 400 MHz telles que MICS (Medical Implant Communication Service), MEDS (Medical Data Service) ou MedRadio (Medical Device Radiocommunications Service). L'émetteur-récepteur sans fil est implémenté en CMOS 40 nm et comprend un réseau d'adaptation accordable sur puce (TMN) qui permet une antenne miniature de 400 MHz, et en tant que tel évite les composants d'appariement externes et encombrants. L'ensemble du module émetteur-récepteur, y compris l'antenne, occupe un volume de <55 mm ³ , qui est jusqu'à 30 fois plus petit que les appareils de pointe. L'ensemble du module sans fil occupe une surface de 3,5 sur 15 mm ² , y compris un 3,5 par 3,8 mm ² PCB et une antenne miniature 400MHz. Le petit facteur de forme est réalisé grâce à une nouvelle architecture d'émetteur-récepteur sans cristal, allégeant le besoin d'un dispositif à cristal hors puce, et un 2 mm ² émetteur-récepteur IC avec le TMN sur puce. La petite zone est en outre réalisée par un réseau de correspondance partagé TX/RX avec un seul inducteur sur puce et un RX de suivi de phase à une seule branche.

Transmission de données fiable à l'extérieur du corps

Alors qu'à l'intérieur du corps, les pilules sont recouvertes de mes multiples couches de tissus. Par conséquent, un système sans fil fonctionnant dans les bandes médicales de 400 MHz est préférable en raison de l'atténuation tissulaire inférieure par rapport aux bandes de fréquences plus élevées et garantit un canal fiable et sans interférence pour les implants. Par ailleurs, le réseau d'adaptation accordable sur puce utilisant l'auto-étalonnage étend l'adaptation d'impédance jusqu'à un ROS (rapport d'onde stationnaire de tension) de 4,8, couvrant une large gamme de variation d'impédance dans le corps, équivalent à un estomac plein et vide. Pour réaliser un fonctionnement sans cristal, imec a mis en œuvre une récupération de porteuse assistée par réseau en direct pour des décalages de fréquence importants allant jusqu'à 320 ppm.

"Les pilules ingérables intelligentes et les implants intelligents offrent des possibilités infinies dans ce qui peut être mesuré et traité dans le corps. Cette tendance s'appuie sur la révolution de la miniaturisation dans la nanoélectronique, qui permet intelligemment, appareils petits et légers avec une consommation d'énergie minimale et un confort maximal du patient. Cependant, le développement de tels dispositifs s'accompagne d'un ensemble de défis spécifiques, " a déclaré Chris Van Hoof, vice-président de la santé connectée chez imec et directeur général du centre de recherche OnePlanet. "Grâce à notre leadership de longue date dans la technologie des puces électroniques et à notre expertise approfondie des logiciels et des TIC, nous sommes en excellente position pour développer les blocs de construction nécessaires pour les implants médicaux intelligents, liés à la détection, actionnement, mise sous tension, Communication sans fil, biocompatibilité et traitement des données. Nos activités de R&D vont des premiers développements de la recherche à la validation clinique de prototypes."