Uma equipe de engenheiros da Rice University apresentou o primeiro implante neural que pode ser programado e carregado remotamente com um campo magnético.

Sua descoberta pode tornar possíveis dispositivos embutidos como uma unidade de estimulação da medula espinhal com um transmissor magnético alimentado por bateria em um cinto vestível.

O microssistema integrado, chamado MagNI (para implante neural magnetoelétrico), incorpora transdutores magnetoelétricos. Isso permite que o chip colete energia de um campo magnético alternado fora do corpo.

O sistema foi desenvolvido por Kaiyuan Yang, professor assistente de engenharia elétrica e de computação; Jacob Robinson, professor associado de engenharia elétrica e de computação e bioengenharia; e os co-autores Zhanghao Yu, um estudante de graduação, e o estudante de graduação Joshua Chen, tudo na Brown School of Engineering de Rice.

Yang apresentou o projeto na Conferência Internacional de Circuitos de Estado Sólido em São Francisco.

MagNI visa aplicativos que requerem programáveis, estimulação elétrica de neurônios, por exemplo, para ajudar pacientes com epilepsia ou doença de Parkinson.

"Esta é a primeira demonstração de que você pode usar um campo magnético para alimentar um implante e também para programar o implante, "Disse Yang." Ao integrar transdutores magnetoelétricos com tecnologias CMOS (semicondutores de óxido metálico complementar), nós fornecemos uma plataforma bioeletrônica para muitas aplicações. CMOS é poderoso, eficiente e barato para tarefas de detecção e processamento de sinal. "

Ele disse que MagNI tem vantagens claras sobre os métodos de estimulação atuais, incluindo ultrassom, radiação eletromagnética, acoplamento indutivo e tecnologias ópticas.

"As pessoas têm demonstrado estimuladores neurais nesta escala, e ainda menor, "Yang disse." O efeito magnetoelétrico que usamos tem muitos benefícios sobre os métodos convencionais de energia e transferência de dados. "

Ele disse que os tecidos não absorvem campos magnéticos como fazem com outros tipos de sinais, e não aquece tecidos como radiação eletromagnética e óptica ou acoplamento indutivo. "O ultrassom não tem o problema de aquecimento, mas as ondas são refletidas nas interfaces entre diferentes meios, como cabelo e pele ou ossos e outros músculos. "

Como o campo magnético também transmite sinais de controle, Yang disse que o MagNI também é "robusto e livre de calibração".

"Não requer nenhuma voltagem interna ou referência de tempo, " ele disse.

Os componentes do dispositivo protótipo assentam em um substrato de poliimida flexível com apenas três componentes:um filme magnetoelétrico de 2 por 4 milímetros que converte o campo magnético em um campo elétrico, um chip CMOS e um capacitor para armazenar energia temporariamente.

A equipe testou com sucesso a confiabilidade do chip a longo prazo, mergulhando-o em uma solução e testando em ar e ágar gelatinoso, que emula o ambiente dos tecidos.

Os pesquisadores também validaram a tecnologia estimulando Hydra vulgaris, uma minúscula criatura parecida com um polvo estudada pelo laboratório de Robinson. Ao restringir a hidra com os dispositivos microfluídicos do laboratório, eles foram capazes de ver os sinais fluorescentes associados às contrações nas criaturas desencadeadas pelo contato com os chips. A equipe está atualmente realizando testes in vivo do dispositivo em diferentes modelos.

Na atual geração de chips, energia e informação fluem apenas em uma direção, mas Yang disse que a equipe está trabalhando em estratégias de comunicação bidirecional para facilitar a coleta de dados de implantes e permitir mais aplicações.