Thiết bị cấy ghép thần kinh có chiều dài khoảng 300 micron và chiều rộng 70 micron, là thiết bị cấy ghép thần kinh nhỏ nhất có khả năng truyền dữ liệu hoạt động não không dây. Ảnh: Sunwoo Lee/Cung cấp

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell, cùng với các cộng sự, đã tạo ra một thiết bị cấy ghép thần kinh cực nhỏ, có thể đặt vừa trên một hạt muối. Mặc dù kích thước nhỏ bé, thiết bị này có thể truyền dữ liệu hoạt động não bộ từ động vật sống không dây trong hơn một năm.

Phát hiện này, được công bố trên tạp chí Nature Electronics, cho thấy các hệ thống vi điện tử có thể hoạt động ở quy mô cực kỳ nhỏ. Điều này có thể mở ra những hướng tiếp cận mới trong việc theo dõi hoạt động não bộ, cảm biến tích hợp sinh học và các ứng dụng y tế và công nghệ khác.

Thiết bị MOTE là gì?

Thiết bị này được gọi là điện cực quang điện tử vi mô không dây, hay MOTE. Việc phát triển thiết bị này được dẫn dắt bởi Alyosha Molnar, Giáo sư tại Trường Kỹ thuật Điện và Máy tính thuộc Đại học Cornell, cùng với Sunwoo Lee, trợ lý giáo sư tại Đại học Công nghệ Nanyang. Lee bắt đầu nghiên cứu công nghệ này từ trước đó khi còn là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Molnar.

Cơ chế hoạt động của thiết bị cấy ghép khi sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu não

Thiết bị MOTE hoạt động bằng cách sử dụng các chùm tia laser đỏ và hồng ngoại có thể xuyên qua mô não một cách an toàn. Nó gửi dữ liệu trở lại bằng cách phát ra các xung ánh sáng hồng ngoại nhỏ mã hóa các tín hiệu điện từ não.

Cốt lõi của thiết bị là một điốt bán dẫn được làm từ nhôm gali arsenua. Thành phần này thu nhận ánh sáng chiếu vào để cung cấp năng lượng cho hệ thống và cũng phát ra ánh sáng để truyền dữ liệu. Thiết bị cấy ghép này cũng bao gồm một bộ khuếch đại nhiễu thấp và một bộ mã hóa quang học, cả hai đều được chế tạo bằng cùng loại công nghệ bán dẫn được sử dụng trong các vi mạch thông thường.

Thiết bị này có chiều dài khoảng 300 micron và chiều rộng khoảng 70 micron

"Theo như chúng tôi biết, đây là thiết bị cấy ghép thần kinh nhỏ nhất có khả năng đo hoạt động điện trong não và truyền dữ liệu không dây", Molnar cho biết. "Bằng cách sử dụng điều chế vị trí xung cho mã hóa - cùng loại mã được sử dụng trong truyền thông quang học cho vệ tinh chẳng hạn - chúng ta có thể sử dụng rất, rất ít năng lượng để truyền thông và vẫn thu được dữ liệu thành công bằng phương pháp quang học."

Các ứng dụng tương lai của việc theo dõi não và cơ thể

Theo Molnar, các vật liệu được sử dụng trong MOTE có thể cho phép các nhà nghiên cứu ghi lại hoạt động não bộ trong quá trình chụp cộng hưởng từ (MRI), điều mà hầu như không thể thực hiện được với các thiết bị cấy ghép hiện nay. Công nghệ này cũng có thể được điều chỉnh cho các bộ phận khác của cơ thể, bao gồm cả tủy sống, và cuối cùng có thể được kết hợp với những đổi mới trong tương lai như quang điện tử được nhúng trong các tấm xương sọ nhân tạo.