imec allana el camino para una nueva generación de sensores de monitoreo de salud implantables e ingeribles.
Esta semana en ISSCC 2020 (del 16 al 20 de febrero, San Francisco), imec, el centro de investigación e innovación líder en el mundo en nanoelectrónica y tecnologías digitales, presentará el primer transceptor inalámbrico a escala milimétrica para tabletas inteligentes insertables. Este es un gran avance en el deseo de imec de lograr sensores ingeribles autónomos que puedan medir parámetros de salud como la salud intestinal y transmitir esos datos fuera del cuerpo en tiempo real.
Los procesos digestivos y los trastornos gastrointestinales son difíciles de diagnosticar. Los procedimientos actuales, como la endoscopia y el análisis de muestras de heces, son incómodos y se realizan una sola vez. Los rastreadores de salud ingeribles que son lo suficientemente pequeños como para tragarlos pueden recopilar información durante largos períodos de tiempo y transmitir los datos fuera del cuerpo. Además, la inmovilización de sensores ingeribles a lo largo del tracto gastrointestinal permite grabaciones más largas en lugares específicos de interés. Esto también mejora la comodidad del paciente, ya que el paciente no tiene que abandonar el hospital mientras se recopilan los datos y se envían al médico en tiempo real.
Volumen hasta 30 veces más pequeño que el de última generación
Uno de los desafíos en la realización de una tableta electrónica es desarrollar un enlace inalámbrico que cumpla con las limitaciones de capacidad, potencia y rendimiento para una transmisión de datos confiable mientras los sensores recopilan datos dentro del cuerpo. El nuevo transceptor inalámbrico de imec admite bandas de frecuencia médicas de 400 MHz, como MICS (Servicio de comunicación de implantes médicos), MEDS (Servicio de datos médicos) o MedRadio (Servicio de comunicación por radio de dispositivos médicos). El transceptor inalámbrico se implementa en CMOS de 40 nm y cuenta con una red de coincidencia sintonizable (TMN) en el chip que permite una pequeña antena de 400 MHz, lo que elimina la necesidad de voluminosos componentes de coincidencia externos.El volumen total ocupado del módulo transceptor, incluida la antena, es inferior a 55 mm3, que es hasta 30 veces más rápido que los dispositivos de última generación. La huella total del módulo de radio es de 3,5 × 15 mm2incluidos 3,5 × 3,8 mm2 PCB y pequeña antena de 400 MHz. El factor de forma pequeño se logra gracias a una nueva arquitectura de transceptor sin cristal que reduce la necesidad de un dispositivo de cristal fuera del chip y utiliza un 2 mm2 Transceptor IC con TMN incorporado. Además, se logra un área pequeña con una red de coincidencia compartida TX/RX y un RX de seguimiento de fase de rama única con solo un inductor en el chip.
Transmisión de datos fiable fuera del cuerpo
Mientras está en el cuerpo, la tableta está cubierta con múltiples capas de tejido. Por lo tanto, se recomiendan los sistemas inalámbricos que operan en la banda médica de 400 MHz, ya que tienen una atenuación tisular más baja en comparación con las bandas de frecuencia más altas, lo que garantiza un canal confiable y sin interferencias para los implantes. Además, una red de adaptación ajustable en chip con autocalibración amplía la adaptación de impedancia a la relación de onda estacionaria de tensión (VSWR) 4,8, cubriendo una amplia gama de variaciones de impedancia en el cuerpo equivalentes al ayuno y al ayuno. Para lograr un funcionamiento sin cristales, imec ha implementado la recuperación de portadora asistida por red de radio para grandes compensaciones de frecuencia de hasta 320 ppm.
“Las píldoras de ingestión inteligentes y los implantes inteligentes ofrecen posibilidades ilimitadas para la medición y el tratamiento en el cuerpo”, dijo Chris Van Hoof, vicepresidente de salud conectada en imec y gerente general de One Planet Research Center. “Esta tendencia está aprovechando la revolución de la miniaturización en la nanoelectrónica que permite dispositivos inteligentes, pequeños y livianos con un consumo de energía mínimo y la máxima comodidad para el paciente. Sin embargo, el desarrollo de tales dispositivos presenta un conjunto particular de desafíos. A través de nuestro liderazgo de larga data en la tecnología de microchips y nuestra profunda experiencia en software y TIC, estamos bien posicionados para desarrollar los componentes básicos necesarios para los implantes médicos inteligentes relacionados con la detección, la activación, el suministro de energía, la comunicación inalámbrica, la biocompatibilidad y el procesamiento de datos. Desde la investigación y el desarrollo iniciales hasta la validación clínica de prototipos”.