Imec maakt microchip die protheses laat 'voelen'

18/05/17 om 12:39 - Bijgewerkt om 13:52

Bron: Datanews

Imec heeft een chip ontwikkeld die signalen uit protheses kan doorsturen naar de hersenen om gevoelservaring om te wekken. Dat heeft het Leuvens onderzoekscentrum aangekondigd op het Imec Technology Forum.

Imec maakt microchip die protheses laat 'voelen'

De chip is zo dun als een haar en bevat 64 elektrodes die zenuwsignalen lezen en zenuwen stimuleren. © PVN

Imec, de wereldautoriteit in micro- en nano-elektronica, hield in Antwerpen haar jaarlijks symposium waar twee dagen lang de technologische innovaties van de toekomst voorgesteld worden. Naast de ontwikkelingen in machine learning en IoT, viel vooral de opmars van de zogenaamde neuro-elektronica op. Alsmaar meer micro-elektronica wordt ontwikkeld voor biomedische toepassingen.

64 elektrodes op een miniscule oppervlakte

Eén daarvan is een implanteerbare microchip die tweerichtingsverkeer mogelijk maakt tussen een kunstarm-of been en het zenuwstelsel.

Enerzijds kan een signaal van de zenuwcellen naar de motorische elementen in de kunstarm gestuurd worden, waardoor die op een intuïtieve manier kan bewogen worden. Anderzijds kunnen de sensoren in de prothese ook feedback naar de hersenen sturen om een gevoelservaring op te wekken. Op de minuscule oppervlakte van de chip zitten maar liefst 64 elektrodes. Dit uitzonderlijk hoge aantal elektrodes maakt zeer fijnmazige uitlezing van zenuwsignalen en precieze stimulatie van de zenuwen mogelijk.

Vandaag laat armprothese-technologie al toe dat patiënten hun kunstarm kunnen bewegen en objecten kunnen grijpen. Dat gebeurt via een interface die de signalen van de zenuwen leest en die doorstuurt naar elektromotoren in de prothese. De huidige protheses laten echter nog geen fijne motorische controle toe en ze geven patiënten ook geen gevoelsfeedback.

In een ultradunne en ondoorlaatbare verpakking

Dat doet de microchip van Imec wel. Maar de grootste nieuwigheid zit hem in de dimensies waarbinnen dit indrukwekkend staaltje technologie is aangebracht. De chip zit binnen een biocompatibele probe van slechts 75 micrometer dik: vergelijkbaar met een dun haar. De microchip zelf neemt 35 micrometer in beslag, maar zit ingepakt in een hermetische laagje. Dat moet er voor zorgen dat er geen vocht van het lichaam in de microchip kan komen en dat er geen giftige stoffen uit de microchip naar het lichaam kunnen vloeien.

Om dat ultradun laagje aan te brengen, maakte professor Maaike Op de Beeck gebruik van de techniek van atomic layer deposition (ALD). Met drie nanolaagjes slaagde ze erin om de diffusie doorheen de 'verpakking' met maar liefst een factor duizend naar beneden te halen. "Het is de eerste keer dat we een chip volledig hermetisch kunnen inpakken in zo een dun laagje" vertelt ze trots, terwijl ze de bijhorende grafiekjes laat zien. Het is een mooi voorbeeld van wat in Vlaanderen verwezenlijkt wordt door biomedische kennis en fundamentele technieken uit de halfgeleidertechnologie samen te brengen.

Levenslang gebruik

Omdat de probe zo dun gemaakt is, brengt ze minimale schade toe aan de zenuwbundel. "Hierdoor is het contact van de elektrodes optimaal. Bij een invasieve implantatie wordt er veel bindweefsel gevormd en dat heeft een isolerende werking. Hoe minder schade, hoe minder bindweefsel en hoe beter het contact" legt Op de Beeck uit. Met een naald die aan de chip bevestigd is, kan de flexibele probe ingebracht worden in de arm en bevestigd worden aan een zenuwbundel, waardoor de nauwkeurigheid nog verder wordt verbeterd. Daarom wordt ook verwacht dat dit implantaat levenslang mee zal kunnen gaan. In een volgende stap wil Imec de chip testen op mensen.

Onze partners