KAIST разрабатывает ультразвуковой датчик (CMUT) с регулируемым изгибом, причем достаточно мощный для терапии низкоинтенсивным сфокусированным ультразвуком (LIFU)

Корреспондент Гу Бон Хёк

- В Южной Корее разработали ультразвуковой датчик со свободно регулируемой кривизной, используя техпроцесс полупроводников

- Ученые подтвердили его эффективность в облегчении аутоиммунных заболеваний путем стимуляции селезенки животной модели без разреза

Профессор Ли Хён Чжу (слева), доктор Ли Сан Мок и аспирант Сяоцзя Лян из факультета электрической и электронной инженерии KAIST [Предоставлено KAIST]

Ультразвуковые датчики, накладываемые на поверхности тела, сталкиваются с ограничениями в части визуализации высокого разрешения или терапевтического применения из-за слабой интенсивности выходного сигнала и деформируемости их конструкции. Корейская исследовательская группа преодолела эти ограничения, разработав технологию гибких ультразвуковых датчиков, которые позволяют свободно регулировать кривизну (степень изгиба). Данное достижение значительно расширяет возможности для разработки носимых медицинских устройств, которые обеспечивают высокоточную визуализацию плотно прилегая к телу, а также неинвазивных медицинских технологий нового поколения, позволяющих проводить ультразвуковую терапию без хирургического вмешательства.

12 ноября Корейский институт передовых технологии (KAIST) сообщил, что исследовательская команда под руководством профессора Ли Хён Чжу из Факультета электрической и электронной инженерии разработала ультразвуковой трансдьюсер (ультразвуковой датчик на подвижных емкостных микроэлементах или CMUT) с «гибкой-жесткой (FTR) структурой», используя техпроцесс изготовления полупроводниковых пластин (MEMS). Такая структура позволяет устройству свободно переходить из гибкого состояния в жесткое.

Исследовательская группа смогла реализовать технологию, вставив внутри элемента сплав с низкой температурой плавления (LMPA). При подаче электрического тока металл плавится, позволяя устройству свободно менять форму. При охлаждении металл снова затвердевает, фиксируя устройство в желаемой изогнутой форме.

Существующие ультразвуковые датчики (CMUT) на основе полимерной мембраны страдают от недостаточной генерации акустической энергии из-за низкого модуля упругости (жесткости) и склонности к размыванию фокуса во время вибрации. Они также сталкиваются с ограничениями в части точного фокусирования на целевых точках из-за сложностей, связанных с регулировкой кривизны.

Исследовательская группа разработала структуру FTR, сочетающую в себе жесткую кремниевую подложку с гибким мостом из эластомера (резиноподобного материала), что позволило одновременно достичь высокой производительности и гибкости. Сплав внутри с низкой температурой плавления переходит из твердого состояния в жидкое под воздействием электрического тока, что позволяет свободно регулировать и фиксировать форму устройства.

В результате новый датчик автоматически формирует фокус, механически приспосабливаясь к форме (кривизне), без необходимости отдельного управления лучом (электронного управления сигналом), тем самым обеспечивая сходимость ультразвуков в одной точке. Это позволяет точно фокусировать ультразвук на определенных областях, а стабильные электрические и акустические характеристики были подтверждены даже после многократного изгиба.

Конструкция «гибко-жесткого» датчика (FTR CMUT) и его применение [Предоставлено KAIST]

Контроль кривизны «гибко-жесткого» датчика (FTR CMUT) на основе фазового перехода низкоплавкого сплава (LMPA) посредством джоулева нагрева [Предоставлено KAIST]

Причем мощность новоразработанного датчика превосходит уровень «низкоинтенсивного сфокусированного ультразвука (LIFU)» - ультразвуковой технологии, которая мягко стимулирует определенные области без повреждения тканей для достижения терапевтического эффекта. Ученые подтвердили, что этот датчик может использоваться в неинвазивной терапии, при которой стимулируются нервы и органы для снятия воспаления без хирургического вмешательства или разрезов.

Когда команда применила данное устройство к животным моделям для неинвазивной стимуляции их селезенки, они обнаружили терапевтический эффект, включая уменьшение воспаления и улучшение походки у моделей с артритом.

Команда заявила, что планирует превратить эту технологию в умную медицинскую технологию, способную одновременно обеспечивать ультразвуковые визуализацию высокого разрешения и лечение. Это будет достигнуто за счет разработки структуры «двумерного массива», в которой ультразвуковые датчики располагаются как шахматная доска на плоскости, а не одномерно (в одной линии).

Результаты исследований опубликованы в международном научном журнале «NPJ Flexible Electronics».

nbgkoo@heraldcorp.com

#южнаякорея #корея #политика #экономика #промышленность #медицина #ультразвук #узи #инновация #полупроводник #электроника #гаджеты #здоровье #общество #культура #искусство #азия #бизнес #финансы #визуализация #лечение #неинвазивнаятерапия