Capteur poumon-cœur miniature sur puce

Le mécanisme de base d'un capteur miniature sur puce comprend deux couches de silicium qui se superposent séparées par un espace de 270 nanomètres - environ 0,005 la largeur d'un cheveu humain. Ils portent une tension infime. Les vibrations des mouvements corporels et des sons mettent une partie de la puce en flux, créant un flux de tension et créant des sorties électroniques lisibles. Lors de tests sur des humains, la puce a enregistré avec clarté une variété de signaux provenant du fonctionnement mécanique des poumons et du cœur, des signaux qui échappent souvent à une détection significative par la technologie médicale actuelle.

La puce, qui agit à la fois comme un stéthoscope électronique et un accéléromètre, est appelée à juste titre un microphone de contact d'accéléromètre. Il détecte les vibrations qui pénètrent dans la puce depuis l'intérieur du corps tout en empêchant les bruits gênants provenant de l'extérieur du noyau du corps, comme les sons aériens. S'il frotte sur la peau ou un vêtement, il n'entend pas le frottement, mais l'appareil est très sensible aux sons provenant de l'intérieur du corps, il capte donc les vibrations utiles même à travers les vêtements.

La bande passante de détection est énorme - des mouvements larges et rapides aux tonalités aiguës inaudibles. Ainsi, la puce du capteur enregistre, simultanément, les détails fins du rythme cardiaque, les ondes que le cœur envoie à travers le corps, ainsi que les fréquences respiratoires et les bruits pulmonaires. Il suit même les activités physiques du porteur telles que la marche. Les signaux sont enregistrés en synchronisation, offrant potentiellement une vue d'ensemble de la santé cardiaque et pulmonaire d'un patient. Pour l'étude, les chercheurs ont enregistré avec succès un "galop" - un troisième son faible après le "lub-dub" du rythme cardiaque. Les galops sont normalement des indices insaisissables d'insuffisance cardiaque.

Bien que le principe d'ingénierie principal de la puce soit simple, la faire fonctionner et ensuite la fabriquer était un défi, principalement en raison de l'échelle extrêmement petite de l'espace entre les couches de silicium, c'est-à-dire les électrodes. Si la puce de capteur 2 × 2 millimètres était étendue à la taille d'un terrain de football, cet espace d'air serait d'environ un pouce de large. Cet espace très mince séparant les deux électrodes ne peut avoir aucun contact - pas même par les forces de l'air entre les couches - de sorte que l'ensemble du capteur est hermétiquement scellé à l'intérieur d'une cavité sous vide.

Les chercheurs ont utilisé un processus de fabrication appelé la plate-forme HARPSS+ (High Aspect Ratio Poly and Single Crystalline Silicon) pour la production de masse, en utilisant des feuilles de la taille d'une main qui ont ensuite été découpées dans les minuscules puces de capteur. HARPSS+ est le premier processus de fabrication de masse rapporté qui réalise des espaces aussi minces et constants et il a permis la fabrication à haut débit de nombreux MEMS avancés. Le dispositif expérimental est actuellement alimenté par batterie et utilise une deuxième puce appelée circuit de conditionnement de signal pour traduire les signaux de la puce du capteur en lectures à motifs. Trois capteurs ou plus pourraient être insérés dans une bande de poitrine pour trianguler les signaux de santé afin de localiser leurs sources. Un jour, un appareil peut identifier un défaut émergent d'une valve cardiaque par la turbulence qu'il produit dans la circulation sanguine ou identifier une lésion cancéreuse par de faibles crépitements dans un poumon.