Un equipo de ingenieros de la Universidad de Rice ha presentado el primer implante neuronal que se puede programar y cargar de forma remota con un campo magnético.

Su avance puede hacer posible dispositivos integrados como una unidad de estimulación de la médula espinal con un transmisor magnético a batería en un cinturón portátil.

El microsistema integrado, llamado MagNI (para implante neural magnetoeléctrico), incorpora transductores magnetoeléctricos. Estos permiten que el chip recolecte energía de un campo magnético alterno fuera del cuerpo.

El sistema fue desarrollado por Kaiyuan Yang, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática; Jacob Robinson, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y bioingeniería; y los coautores principales Zhanghao Yu, un estudiante graduado, y el estudiante graduado Joshua Chen, todo en Rice's Brown School of Engineering.

Yang presentó el proyecto en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido en San Francisco.

MagNI apunta a aplicaciones que requieren programables, estimulación eléctrica de neuronas, por ejemplo, para ayudar a pacientes con epilepsia o enfermedad de Parkinson.

"Esta es la primera demostración de que puede utilizar un campo magnético para alimentar un implante y también para programar el implante, ", Dijo Yang." Al integrar transductores magnetoeléctricos con tecnologías CMOS (semiconductores complementarios de óxido de metal), proporcionamos una plataforma bioelectrónica para muchas aplicaciones. CMOS es poderoso, eficiente y económico para tareas de detección y procesamiento de señales ".

Dijo que MagNI tiene claras ventajas sobre los métodos de estimulación actuales, incluyendo ultrasonido, radiación electromagnética, Acoplamiento inductivo y tecnologías ópticas.

"La gente ha estado demostrando estimuladores neuronales a esta escala, e incluso más pequeño, "Dijo Yang." El efecto magnetoeléctrico que utilizamos tiene muchos beneficios sobre los métodos convencionales para la transferencia de energía y datos ".

Dijo que los tejidos no absorben campos magnéticos como lo hacen con otros tipos de señales, y no calentará tejidos como la radiación electromagnética y óptica o el acoplamiento inductivo. "El ultrasonido no tiene el problema del calentamiento, pero las ondas se reflejan en las interfaces entre diferentes medios, como cabello y piel o huesos y otros músculos ".

Debido a que el campo magnético también transmite señales de control, Yang dijo que MagNI también es "robusto y sin calibración".

"No requiere ninguna referencia de tiempo o voltaje interno, " él dijo.

Los componentes del dispositivo prototipo se asientan sobre un sustrato de poliimida flexible con solo tres componentes:una película magnetoeléctrica de 2 por 4 milímetros que convierte el campo magnético en un campo eléctrico, un chip CMOS y un condensador para almacenar energía temporalmente.

El equipo probó con éxito la confiabilidad a largo plazo del chip empapándolo en una solución y probándolo en aire y agar gelatinoso. que emula el entorno de los tejidos.

Los investigadores también validaron la tecnología excitando a Hydra vulgaris, una diminuta criatura parecida a un pulpo estudiada por el laboratorio de Robinson. Al restringir la hidra con los dispositivos de microfluidos del laboratorio, pudieron ver señales fluorescentes asociadas con las contracciones en las criaturas provocadas por el contacto con los chips. Actualmente, el equipo está realizando pruebas in vivo del dispositivo en diferentes modelos.

En la generación actual de chips, la energía y la información fluyen en un solo sentido, pero Yang dijo que el equipo está trabajando en estrategias de comunicación bidireccional para facilitar la recopilación de datos de los implantes y permitir más aplicaciones.