Esta semana, no ISSCC 2020 (16 a 20 de fevereiro, São Francisco), imec, um centro de pesquisa e inovação líder mundial em nanoeletrônica e tecnologias digitais, apresenta o primeiro transceptor sem fio em escala mm para comprimidos inseríveis inteligentes. É um primeiro avanço na aspiração da imec de realizar sensores autônomos ingeríveis que podem medir parâmetros de saúde, como saúde intestinal e transmitir em tempo real os dados fora do corpo.

Os processos digestivos e as doenças gastrointestinais são difíceis de diagnosticar. Os procedimentos atuais, como inspeção endoscópica e análise de amostras de fezes, são desconfortáveis ​​e fornecem apenas observações únicas. Rastreadores de saúde ingeríveis, pequeno o suficiente para ser engolido, poderia coletar informações por um longo período de tempo e transmitir os dados para fora do corpo. Além disso, fixação dos sensores ingeríveis ao longo do trato gastrointestinal, permite gravações mais longas em locais de interesse específicos. Também, isso aumentaria o conforto do paciente, já que ele ou ela poderia ficar fora do hospital enquanto os dados são coletados e enviados em tempo real ao médico.

Volume até 30 vezes menor do que o estado da arte

Um dos desafios para obter pílulas eletrônicas é desenvolver um link sem fio que atenda ao volume, restrições de potência e desempenho para transmissão confiável de dados durante o período de tempo em que o sensor está coletando dados dentro do corpo. O novo transceptor sem fio da Imec suporta as bandas de frequência médicas de 400 MHz, como MICS (Medical Implant Communication Service), MEDS (Medical Data Service) ou MedRadio (Medical Device Radiocommunications Service). O transceptor sem fio é implementado em CMOS de 40 nm e inclui rede de correspondência sintonizável no chip (TMN) que permite uma antena em miniatura de 400 MHz, e, como tal, evita componentes de correspondência externos e volumosos. Todo o módulo transceptor, incluindo a antena, ocupa um volume de <55 mm ³ , que é até 30 vezes menor do que os dispositivos de última geração. Todo o módulo sem fio ocupa uma área de 3,5 por 15 mm ² , incluindo um 3,5 por 3,8 mm ² PCB e uma antena em miniatura de 400 MHz. O formato pequeno é obtido graças a uma nova arquitetura de transceptor sem cristal, aliviando a necessidade de um dispositivo de cristal fora do chip, e um 2 mm ² transceptor IC com o TMN on-chip. A área pequena é ainda alcançada por uma rede compatível compartilhada TX / RX com apenas um indutor no chip e um RX de rastreamento de fase de ramificação única.

Transmissão confiável de dados fora do corpo

Enquanto dentro do corpo, os comprimidos são cobertos por minhas múltiplas camadas de tecido. Portanto, um sistema sem fio operando nas bandas médicas de 400 MHz é preferível por causa da menor atenuação do tecido em comparação com as bandas de frequência mais alta e garante um canal confiável e livre de interferências para os implantes. Além disso, a rede de correspondência sintonizável no chip usando auto-calibração expande a correspondência de impedância até um VSWR (relação de onda estacionária de tensão) de 4,8, cobrindo uma ampla gama de variação de impedância no corpo, equivalente a um estômago cheio e vazio. Para realizar uma operação livre de cristal, A imec implementou uma recuperação de portadora assistida por rede over-the-air para grandes deslocamentos de frequência de até 320 ppm.

"Pílulas ingeríveis e implantes inteligentes oferecem possibilidades infinitas do que pode ser medido e tratado no corpo. Essa tendência se aproveita da revolução da miniaturização na nanoeletrônica, que permite o smart, dispositivos pequenos e leves com consumo mínimo de energia e máximo conforto do paciente. Contudo, o desenvolvimento de tais dispositivos traz consigo um conjunto específico de desafios, "afirmou Chris Van Hoof, vice-presidente de saúde conectada do imec e gerente geral do centro de pesquisas OnePlanet. "Por meio de nossa liderança de longa data em tecnologia de microchip e profunda experiência em software e ICT, estamos em uma excelente posição para desenvolver os blocos de construção necessários para implantes médicos inteligentes, relacionado à detecção, atuação, alimentando, comunicação sem fio, biocompatibilidade e processamento de dados. Nossas atividades de P&D variam desde o desenvolvimento de pesquisas iniciais até a validação clínica de protótipos. "