Sensor Miniatur Jantung Paru pada Chip

Mekanisme inti dari sensor miniatur pada sebuah chip menggabungkan dua lapisan silikon yang saling menutupi satu sama lain dipisahkan oleh ruang 270 nanometer — sekitar 0,005 lebar rambut manusia. Mereka membawa tegangan menit. Getaran dari gerakan tubuh dan suara menempatkan bagian dari chip dalam fluks, membuat fluks tegangan dan menciptakan output elektronik yang dapat dibaca. Dalam pengujian pada manusia, chip tersebut telah merekam berbagai sinyal dari cara kerja mekanis paru-paru dan jantung dengan jelas — sinyal yang sering luput dari deteksi berarti oleh teknologi medis saat ini.

Chip, yang bertindak sebagai stetoskop elektronik dan akselerometer dalam satu, disebut mikrofon kontak akselerometer. Alat ini mendeteksi getaran yang masuk ke dalam chip dari dalam tubuh sambil menahan kebisingan yang mengganggu dari luar inti tubuh seperti suara di udara. Jika bergesekan dengan kulit atau pakaian, perangkat tidak akan mendengar gesekan tetapi perangkat sangat sensitif terhadap suara yang datang dari dalam tubuh, sehingga perangkat menangkap getaran yang berguna bahkan melalui pakaian.

Bandwidth deteksi sangat besar — ​​dari gerakan menyapu yang luas hingga nada tinggi yang tidak terdengar. Dengan demikian, chip sensor merekam, secara bersamaan, detail halus dari detak jantung, gelombang yang dikirim jantung ke seluruh tubuh, dan tingkat pernapasan serta suara paru-paru. Bahkan melacak aktivitas fisik pemakainya seperti berjalan. Sinyal direkam secara sinkron, berpotensi menawarkan gambaran besar tentang kesehatan jantung dan paru-paru pasien. Untuk penelitian ini, para peneliti berhasil merekam "gallop" - suara ketiga yang samar setelah "lub-dub" detak jantung. Gallop biasanya merupakan petunjuk gagal jantung yang sulit dipahami.

Meskipun prinsip rekayasa utama chip sederhana, membuatnya bekerja dan kemudian dapat diproduksi merupakan tantangan, terutama karena skala celah yang sangat kecil antara lapisan silikon, yaitu elektroda. Jika chip sensor 2 × 2 milimeter diperluas hingga seukuran lapangan sepak bola, celah udara itu akan menjadi sekitar satu inci lebarnya. Celah yang sangat tipis yang memisahkan kedua elektroda itu tidak dapat bersentuhan — bahkan dengan gaya di udara di antara lapisan — sehingga seluruh sensor tertutup rapat di dalam rongga vakum.

Para peneliti menggunakan proses manufaktur yang disebut platform HARPSS+ (High Aspect Ratio Poly dan Single Crystalline Silicon) untuk produksi massal, mengeluarkan lembaran seukuran tangan yang kemudian dipotong menjadi chip sensor kecil. HARPSS+ adalah proses manufaktur massal pertama yang dilaporkan yang mencapai celah tipis secara konsisten dan telah memungkinkan manufaktur throughput tinggi dari banyak MEMS canggih tersebut. Perangkat eksperimental saat ini bertenaga baterai dan menggunakan chip kedua yang disebut sirkuit pengkondisi sinyal untuk menerjemahkan sinyal chip sensor ke dalam pembacaan berpola. Tiga sensor atau lebih dapat dimasukkan ke dalam pita dada untuk melakukan triangulasi sinyal kesehatan guna menemukan sumbernya. Suatu hari nanti, sebuah perangkat dapat menunjukkan dengan tepat cacat katup jantung yang muncul melalui turbulensi yang dihasilkannya dalam aliran darah atau mengidentifikasi lesi kanker dengan suara berderak samar di paru-paru.