MagNI de l’ingénieur peut être chargé sans fil et programmé avec des champs magnétiques – ScienceDaily

Une équipe d’ingénieurs de l’Université Rice a présenté le premier implant neuronal qui peut être 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 neuronal magnétoélectrique), incorpore 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, professeur adjoint 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 aujourd’hui à la Conférence internationale des circuits à semi-conducteurs à San Francisco.

MagNI cible les applications qui nécessitent une stimulation électrique programmable des neurones, par exemple pour aider les patients atteints d’épilepsie ou de maladie de Parkinson.

“Il s’agit de la première démonstration que vous pouvez utiliser un champ magnétique pour alimenter un implant et également pour programmer l’implant”, a déclaré Yang. «En intégrant des transducteurs magnétoélectriques aux technologies CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire), 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 avait des avantages évidents par rapport aux méthodes de stimulation actuelles, notamment les ultrasons, le rayonnement électromagnétique, le couplage inductif et les technologies optiques.

“Les gens ont démontré des stimulateurs neuronaux à cette échelle, et même plus petits”, a déclaré Yang. “L’effet magnétoélectrique que nous utilisons présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de transfert de puissance et de données.”

Il a déclaré que les tissus n’absorbent pas les champs magnétiques comme ils le font avec d’autres types de signaux, et ne chaufferont pas les tissus comme le rayonnement électromagnétique et optique ou le couplage inductif. “L’échographie n’a pas de problème de chauffage, mais les ondes se reflètent aux interfaces entre différents médiums, comme les cheveux et la peau ou les os et les autres muscles.”

Parce que le champ magnétique transmet également des signaux de contrôle, Yang a déclaré que MagNI est également “sans étalonnage et robuste”.

“Il ne nécessite aucune tension interne ni référence de synchronisation”, a-t-il déclaré.

Les composants du dispositif prototype reposent sur un substrat en polyimide flexible avec seulement trois composants: un film magnétoélectrique de 2 x 4 millimètres qui convertit le champ magnétique en 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 testant dans de l’air et de la gélose gélatineuse, qui émule l’environnement des tissus.

Les chercheurs ont également validé la technologie en excitant Hydra vulgaris, une minuscule créature semblable à une pieuvre étudiée par le laboratoire de Robinson. En contraignant l’hydre avec les dispositifs microfluidiques du laboratoire, ils ont pu voir les signaux fluorescents associés aux contractions chez les créatures déclenchées par le contact avec les puces. L’équipe effectue actuellement des tests in vivo du dispositif 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 bidirectionnelles pour faciliter la collecte de données à partir des implants et permettre davantage d’applications.

Source de l’histoire:

Matériaux fourni par Université Rice. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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