Rice a présenté le premier implant neuronal qui peut être programmé et chargé à distance avec un champ magnétique lors de la Conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs. Crédit :Laboratoire de micro-systèmes sécurisés et intelligents/Université Rice
Une équipe d'ingénieurs de l'Université Rice a présenté le premier implant neuronal qui peut être à la fois programmé et chargé à distance avec un champ magnétique.
Leur percée peut rendre possible des dispositifs intégrés comme une unité de stimulation de la moelle épinière avec un émetteur magnétique alimenté par batterie sur une ceinture portable.
Le microsystème intégré, appelé MagNI (pour implant neural magnétoélectrique), intègre des transducteurs magnétoélectriques. Ceux-ci permettent à la puce de récupérer l'énergie d'un champ magnétique alternatif à l'extérieur du corps.
Le système a été développé par Kaiyuan Yang, un professeur assistant de génie électrique et informatique; Jacob Robinson, professeur agrégé de génie électrique et informatique et de bio-ingénierie; et co-auteurs principaux Zhanghao Yu, un étudiant diplômé, et étudiant diplômé Joshua Chen, tous à la Brown School of Engineering de Rice.
Yang a présenté le projet lors de la Conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs à San Francisco.
MagNI cible les applications qui nécessitent des programmes programmables, stimulation électrique des neurones, par exemple pour aider les patients atteints d'épilepsie ou de la maladie de Parkinson.
"C'est la première démonstration que l'on peut utiliser un champ magnétique pour alimenter un implant et aussi pour programmer l'implant, " a déclaré Yang. " En intégrant des transducteurs magnétoélectriques aux technologies CMOS (complémentaires métal-oxyde semi-conducteur), nous fournissons une plate-forme bioélectronique pour de nombreuses applications. CMOS est puissant, efficace et bon marché pour les tâches de détection et de traitement du signal."
Il a déclaré que MagNI présente des avantages évidents par rapport aux méthodes de stimulation actuelles, y compris l'échographie, un rayonnement électromagnétique, couplage inductif et technologies optiques.
Les étudiants diplômés de Rice Joshua Chen, la gauche, et Zhanghao Yu testent un prototype d'implant neuronal qui peut être programmé et chargé à distance avec un champ magnétique. La puce peut rendre possible des dispositifs intégrés comme une unité de stimulation de la moelle épinière avec un émetteur magnétique alimenté par batterie sur une ceinture portable. Crédit :Jeff Fitlow
"Les gens ont fait la démonstration de stimulateurs neuraux à cette échelle, et encore plus petit, " a déclaré Yang. " L'effet magnétoélectrique que nous utilisons présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de transfert d'énergie et de données. "
Il a dit que les tissus n'absorbent pas les champs magnétiques comme ils le font d'autres types de signaux, et ne chauffera pas les tissus comme les rayonnements électromagnétiques et optiques ou le couplage inductif. "Les ultrasons n'ont pas de problème de chauffage mais les ondes sont réfléchies aux interfaces entre différents médiums, comme les cheveux et la peau ou les os et autres muscles."
Parce que le champ magnétique transmet également des signaux de commande, Yang a déclaré que MagNI est également "sans étalonnage et robuste".
"Il ne nécessite aucune référence de tension ou de synchronisation interne, " il a dit.
Les composants du dispositif prototype reposent sur un substrat de polyimide flexible avec seulement trois composants :un film magnétoélectrique de 2 x 4 millimètres qui convertit le champ magnétique en un champ électrique, une puce CMOS et un condensateur pour stocker temporairement l'énergie.
L'équipe a testé avec succès la fiabilité à long terme de la puce en la trempant dans une solution et en la testant dans de l'air et de l'agar gélatineux, qui imite l'environnement des tissus.
Les chercheurs ont également validé la technologie en excitant Hydra vulgaris, une petite créature ressemblant à une pieuvre étudiée par le laboratoire de Robinson. En contraignant hydra avec les dispositifs microfluidiques du laboratoire, ils ont pu voir des signaux fluorescents associés aux contractions des créatures déclenchées par le contact avec les puces. L'équipe effectue actuellement des tests in-vivo de l'appareil sur différents modèles.
Dans la génération actuelle de puces, l'énergie et l'information ne circulent que dans un sens, mais Yang a déclaré que l'équipe travaille sur des stratégies de communication bidirectionnelle pour faciliter la collecte de données à partir des implants et permettre plus d'applications.
