Category Archives: Implantables

Chips, vaccines and conspiracy theories

SCIENCE 11 juni 2021 – 09:15 door Tomas van Dijk @tomasvd

The researchers did not anticipate the fuss their publication would cause on social media. (Photo: Lindsay Mackenzie/WHO)

Conspiracy theories about chips injected with vaccines are incited by a photo of a microchip made by US scholars and Tiago Costa of TU Delft. “We didn’t see the fuss coming.”

No we are not involved in a conspiracy to chip the world‘s population while injecting vaccines. Really? No, we’re not. You would expect a query like this in a satirical magazine. Yet the Director of Strategic Communications and Media Relations at Columbia University had to answer question like this by Reuters. “This research has nothing to do with Covid-19 and vaccinations,” she told the news organisation. She was asked by Reuters to debunk the rumour that her university was in any way complicit in such a conspiracy.

What prompted all this? A photo of a microchip designed by Columbia University engineers that is doing the rounds among vaccine sceptics. Posts show a picture of the microchip inside the tip of a needle, with captions and comments suggesting a connection with the Covid-19 vaccine. Chipping people would be Bill Gates’ wet dream, many people believe. The comments include: “I heard if a person had the Moderna vaccine, a strong magnet would stick to the arm where the injection was given” and “I’m not taking no bullshit Covid-19 vaccine”.

Is it a hoax? No, not that either. The photo is from a 7 May publication in Science Advances entitled ‘Application of a sub–0.1 mm3 implantable mote for in vivo real-time wireless temperature sensing’. One of the authors is Tiago Costa of the Microelectronics Department (Faculty EEMCS), who until recently worked at Columbia University and is now continuing his research on wireless, miniaturised implantable medical devices at TU Delft.

“We have created a microchip that can be inserted with a needle,” says Costa. “It is the world’s smallest single-chip system, with a volume of less than 0.1 mm3. It uses ultrasound to measure vital signs. Or at least that is the idea. Currently it only measures temperature. But we are working on more diagnostic and therapeutic medical procedures.” The device has been successfully tested on mice.

To date, conventional implanted electronics have been highly volume-inefficient – they generally require multiple chips, packaging, wires, and external transducers, and batteries are often needed for energy storage. A constant trend in electronics has been the tighter integration of electronic components, often moving more and more functions onto the integrated circuit itself.

As big as a grain of salt
The researchers pushed the limits on how small a functioning chip could be made. Measuring just 0.1 mm3, the chip can barely be seen with the naked eye. It is as big as a grain of salt.

The research started several years ago, long before conspiracy theories about chips and vaccines were around. “That the publication came out now, during the height of the vaccination campaigns, is an unfortunate coincidence,” says Costa. He says that neither he nor his colleagues saw the fuss coming. “We were so enthusiastic about our findings, we didn‘t give a moment’s thought to how the study would be seen. I guess you can call us naïve,” he says laughing.

But what more grounds are there to debunk the conspiracy theory, aside from the simple fact that it is not clear what motive the researchers would have to make everyone walk on the leash of Bill Gates? For starters, most of the needles used for Covid-19 vaccinations are the relatively thin so-called 25 Gauge needles and the chips don’t fit through these needles. To be injected they need syringes that are a notch bigger.

‘Bioelectronic medicine is booming’

Addressing concerns about the chip being used wirelessly in the future with 5G, Ken Shepard,  Professor of Electrical and Biomedical Engineering at Columbia and a researcher on the project, told Reuters that the device does not use electromagnetics. ‘It uses ultrasound, meaning that you have to be interacting with an ultrasound imaging device for the chip to be powered or communicate.’

Delta

Tomas van Dijk @tomasvd

Redacteur

For questions/comments, email me at: tomas.vandijk@tudelft.nl

Read more about: #MEDICINE #CORONAVIRUS #MEDICAL-ENGINEERING

The rising stars of the TU Delft, featuring …

Dante Muratore

After his PhD in what he calls “hardcore analogue microelectronics”, rising star Dante Muratore knew he wanted to continue his career working on systems that are closer to an actual application. A postdoc position at Stanford University, in which he worked on the electronics for an artificial retina to treat medical conditions leading to the loss of vision, brought him just that. Then, wanting to come back to Europe and to continue doing bioelectronics at the highest level possible, an opening at TU Delft crossed his path. ‘It was the easiest choice I ever made,’ he says.

Brain-machine interfaces

As assistant professor within the Bioelectronics group, the central theme of Muratore’s research is to build brain-machine interfaces. In the first few years of his tenure, he will continue development of the artificial retina and also work on applications related to the motor cortex – ultimately allowing treatment of, for example, paralysis and locked-in syndrome. ‘Our aim is to interface with individual cells of the nervous system, also taking into account each neuron’s cell type,’ he says. ‘For the retina, it is mostly about stimulating these neurons so they will send the correct signal to the brain. For the motor cortex, we record the information coming from the brain, which indicates the intention of movement. We then want to use that information to control an external device, such as a mouse cursor or a robotic arm. We are also considering implementing feedback to the motor cortex as this may provide the user with a sense of body position.’

We aim for our brain-machine interfaces to interact with individual cells of the nervous system, also taking into account each neuron’s cell type.

― Dante Muratore

A staggering amount of data

As they will be implanted, these brain-machine interfaces need to be small – the artificial retina device has the size of a pea. Yet, they need to manage massive amounts of data, comparable to streaming a hundred HD Netflix movies at once. Muratore closely collaborates with neuroscientists. ‘Basically, I need them to tell me how bad a job I can do at managing these data for the device to still operate as intended, so I can reduce overall power consumption.’ He also interacts with the people specialised in signal processing to determine, for example, if data compression should be integrated close to the (neural) sensor or if it is better to take it off-chip. ‘The biggest challenge, however, is not a scientific one,’ he says. ‘Each sub-problem requires a completely different academic specialty to design a solution – typically an incredibly complicated one. At the end of the day, you need to put these together to work as a single machine. This is a very challenging engineering problem.’

An implantable brain-machine interface has to be very small, yet able to handle massive amounts of data.

― Dante Muratore

Happy in the Medical Delta

Muratore is very happy with the Medical Delta and the ongoing convergence with Erasmus University and Medical Centre. ‘A brain-machine interface really is not a one-man job,’ he says. ‘You want these medical and technical disciplines to mingle, to have lunch together over which to share the problems we run into. We need to truly understand each other and speak the same language.’ Having arrived pretty much with the country in lockdown, he hasn’t yet been able to build strong multi-disciplinary collaborations. But next month, he is expecting to hear about the Marie Curie grant proposal he submitted. ‘My group leader, Wouter Serdijn, has also involved me in the writing of a couple of large NWO grants. Bringing young people on board is one of the things that is great about TU Delft.’

Microimplants: electricity instead of pills

Interview with Prof. Vasiliki Giagka, Group Leader “Technologies of Bioelectronics”, Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM and Assistant Professor of Bioelectronics, Delft University of Technology

In MEDICA Magazine, 23.11.2020

Image: Prof. Vasiliki Giagka; Copyright: privat

Prof. Vasiliki Giagka

Image: Microimplantat; Copyright: Fraunhofer IZM

Elektronica: het medicijn van de toekomst

Hoe bioelektronica de kwaliteit van leven kan vergroten en wat ons nog tegenhoudt in de brede toepassing ervan.

Geschreven door Jill van Remundt,
masterstudent Wetenschapscommunicatie en Industrieel Ontwerpen aan de TU Delft.

Ik was ongeveer 4 maanden oud toen ik met mijn ouders naar Griekenland vloog. Het was de bedoeling om uit te rusten tijdens een ontspannen vakantie aan zee. Uiteindelijk werd het een hel voor mijn vader en is zijn leven daarna nooit meer hetzelfde geworden.

Tijdens die vakantie in Griekenland kreeg hij de eerste symptomen van wat later zou worden gediagnostiseerd als de Ziekte van Ménière. Hij was misselijk, erg duizelig en het enige dat hielp was in bed liggen en slapen. Mijn moeder bleef bij hem in het appartementje terwijl ze in haar eentje op mij, als kleine baby, moest passen.

Nu ruim 24 jaar later zijn de gevolgen van de ziekte nog altijd aanwezig. Mijn vader hoort een constante ruis in zijn oor die nooit meer weg zal gaan. Ook is hij aan zijn linkeroor bijna geheel doof. Hij heeft ermee leren leven, het is een onderdeel van hem geworden, maar heeft er nog dagelijks last van. Een van zijn grootste passies, muziek, heeft een andere betekenis gekregen in zijn leven.

De gevolgen van tinnitus

Mijn vader is niet de enige met deze ervaring. Er wordt geschat dat in Nederland tussen de 10.000 tot 15.000 mensen lijden aan de Ziekte van Ménière [1]. Tinnitus (oorsuizen) kan het gevolg zijn van de Ziekte van Ménière, maar heeft ook andere oorzaken. Mensen die aan tinnitus lijden horen vaak bijna onafgebroken geluid. Dit geluid kan bijvoorbeeld geruis, gepiep, gerinkel of gebonk zijn. 10 tot 15 procent van de bevolking heeft (wel eens) last van tinnitus [2]. In 2017 ging het dus om 1.7 tot bijna 2.6 miljoen Nederlanders. Voor 1 tot 2% van de bevolking vormt het horen van constant geluid aanzienlijke hinder en wordt het gezien als groot probleem [3].

Wouter Serdijn, professor bioelektronica en hoofd van de sectie Bioelektronica aan de TU Delft, vertelt me het verhaal van Gaby Olthuis. Op het eerste gezicht leek ze een gezonde en gelukkige vrouw. Ze leed echter aan tinnitus en hoorde een constante pieptoon in haar hoofd. Daarnaast was ze overgevoelig voor buitengeluid. ‘Ik zit klem in geluid,’ zei ze hier zelf over in een rapportage van Omroep West [4]. Voor Gaby was geluid en de tinnitus zo’n kwelling, dan ze met behulp van euthanasie in 2014 een eind aan haar leven heeft gemaakt.

Bioelektronica als medicijn

Serdijn vertelt me het verhaal van Gaby omdat dit soort voorbeelden voor hem de motivatie vormen voor zijn werk. Binnen de bioelektronica groep op de TU Delft houden professoren, onderzoekers en studenten zich bezig met de (biomedische) toepassing van elektronische implantaten en elektronische medicijnen. Het oudste voorbeeld van een elektronisch implantaat is de pacemaker.

Chemische medicatie (denk aan bijvoorbeeld tabletten of capsules) kan worden gezien als een ‘lichaamsvreemde’ stof die via de bloedbaan wordt verspreid en een interactie aangaat met de biologische systemen in het lichaam. Elektronische medicatie daarentegen, probeert een ziekte of aandoening te onderdrukken door het elektronisch stimuleren van spieren of het zenuwstelsel. Een voordeel van deze methode is dat de behandeling veel gerichter kan worden ingezet op het aangetaste gebied in het lichaam. Waarbij chemische medicatie zich in de bloedbaan door het hele lichaam kan verplaatsen, en een interactie kan aangaan met allerlei organen, focust elektronische medicatie zich op een specifieke spier of zenuw(groep).

Bioelektronica kan een hulpmiddel zijn voor de behandeling van diverse aandoeningen en ziektes. Het is bijvoorbeeld mogelijk om het ongecontroleerd trillen van Parkinsonpatiënten te onderdrukken waardoor deze mensen weer zelf dingen kunnen oppakken. In bepaalde mate is het mogelijk om het geruis veroorzaakt door tinnitus te onderdrukken of weren. Maar ook is bioelektronica tot dingen in staat die verder reiken dan de mogelijkheden van chemische medicatie. Zo is het op dit moment al mogelijk om blinden hun zicht terug te geven en om doven weer geluiden te laten horen [5]. Het is de ambitie van Serdijn om de kwaliteit van leven voor mensen met een aandoening of ziekte te verbeteren. Mensen die hinder ervaren of soms zelfs ondragelijk lijden, zoals in het geval van Gaby, die geen enkele kwaliteit van leven meer ervaarde.

Bioelektronica nog beperkt toegepast

Technologisch gezien is er al een hoop mogelijk, vertelt Serdijn mij, maar een hoop toepassingen zijn nog niet uitgebreid genoeg getest om te kunnen worden geïmplementeerd in behandelingen. Ook spelen de richtlijnen en test-eisen in de medische wereld een rol bij de huidige beperktheid van behandelingsopties. Maar dat is niet alles zegt hij, ‘de behandelaars zelf weten vaak ook nog niet goed wat er al mogelijk is.’

En dan is er nog een vierde reden waardoor bioelektronica en elektrische medicijnen nog niet op brede schaal worden toegepast. ‘Veel mensen zijn bang dat ze gehackt of bestuurd kunnen worden,’ vertelt Serdijn. Recent had hij een journalist aan de telefoon die vroeg; ‘kan Google nou in ons hoofd?’ ‘Die vragen, die leven er,’ zegt hij. Ook nu tijdens de Covid-19 pandemie: mensen zijn bang dat ze in de gaten zullen worden gehouden door een chip in het vaccin. ‘Technologisch kan dat niet eens,’ vertelt Serdijn [*]. ‘Maar je kunt die mensen dat niet uitleggen. Zij zeggen dan, ‘jij bent wetenschapper, dat is ook maar een mening.’’

Het medicijn van de toekomst

De brede toepassing van de bioelektronica en elektronische medicijnen wordt dus niet vertraagd door de snelheid van de innovatieve ontwikkelingen. Het wordt vertraagd omdat nog te weinig bekend is over de langetermijngevolgen, door het lange medische traject van testen, omdat behandelaars vaak niet op de hoogte zijn van de mogelijkheden en omdat mensen sceptisch of zelfs angstig zijn als het gaat om elektronica in hun lichaam. Al die redenen zijn in meerdere of mindere mate begrijpelijk, maar dagelijks zouden de biomedische toepassingen van bioelektronica heel veel mensen een verhoogde kwaliteit van leven kunnen brengen. Was er eerder al meer mogelijk geweest, dan was Gaby Olthuis er nu misschien nog.

Verhalen als die van Gaby zullen Wouter Serdijn blijven drijven om door te gaan met zijn werk en onderzoek. Hij doet zijn best om de neurowetenschappers betere technologie te kunnen geven om de hersenen te onderzoeken en de behandelaars wil hij mogelijkheden toereiken om beter te kunnen behandelen. Zo wordt er op het gebied van bioelektronica in de toekomst hopelijk meer mogelijk en is er misschien nog een kans dat mijn vader in de toekomst opnieuw kan genieten van muziek zoals hij dat vroeger deed.