Integrated Microsystems for Fluorescence Sensing and Ultrasonic Energy Harvesting in Biomedical Applications
Tid: Fr 2026-02-20 kl 13.00
Plats: Q2, Room B218, Malvinas väg 10
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Xu Tian , Mikro- och nanosystemteknik
Opponent: Assoc. Professor Vasiliki Giagka, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands
Handledare: Professor Niclas Roxhed, Mikro- och nanosystemteknik; Professor Göran Stemme, Mikro- och nanosystemteknik
Abstract
Framsteg inom miniatyriserade biomedicinska mikrosystem, allt från in vitro-mikrofysiologiska system (MPS) till implanterbara enheter, möjliggör nya former av kontinuerliga, autonoma prekliniska studier. Denna avhandling presenterar en uppsättning sammankopplade forskningsbidrag om millimeterskaliga fluorescensavkännande och ultraljudsenergiupptagnings-mikrosystem, som tillsammans främjar utvecklingen av integrerade och miniatyriserade biomedicinska instrument.
Den första delen introducerar ett integrerat mikrooptiskt system för fluorescensavkänning i MPS, som innehåller anpassad mikrooptik och miniatyriserade excitations- och detektionsenheter med skräddarsydda optiska filter. Denna plattform möjliggör kontinuerlig fluorescensövervakning i realtid av mikrovävnader under fysiologiskt relevanta förhållanden, vilket stärker MPS analytiska kapacitet för långvariga studier av läkemedelsleverans och cellulärt beteende. Den andra delen översätter dessa avkänningskoncept till helt implanterbara mikrosystem som kan utföra autonom, långsiktig in vivo-fluorescensregistrering. Ett kompakt 5 × 5 × 5 mm³-implantat integrerar en miniatyriserad optisk modul och lågeffektselektronik för att spåra fluorescensdynamik i levande vävnad. Systemet har validerats i fantom-, in vitro-, ex vivo- och in vivo-studier och demonstrerar två veckors kontinuerlig övervakning av tumörassocierad fluorescens, vilket fastställer dess lämplighet för prekliniska studier. Den sista delen fokuserar på ultraljudsenergiupp-samling för att möjliggöra autonom implantatdrift. En MEMS-baserad piezoelektrisk ultraljudsenergiuppsamlingsenhet (PUEH) tillverkad med en lågtemperaturbindningsprocess möjliggör integration av högpresterande bulk-PZT-5H, vilket demonstrerar potentialen hos MEMS-arkitekturer för effektiv ultraljudsenergiöverföring. En integrerad energiuppsamlingsnod, också i en formfaktor på 5 × 5 × 5 mm³, kombinerar MEMS PUEH med energihantering och lagring för att stödja autonom drift av millimetriska implantat.
Tillsammans främjar dessa bidrag miniatyriserad fluorescensavkänning och ultraljudsenergiöverföring, vilket möjliggör mångsidiga mikrosystem för biomedicinska tillämpningar.