Diseño y simulación de un microdispositivo para la liberación electroquímica controlada de fármacos

Abstract

[ES] Este trabajo detalla el proceso de diseño y validación mediante simulación de un microdispositivo capaz de liberar medicamentos de forma localizada en función de comandos codificados transmitidos de forma inalámbrica mediante un haz infrarrojo pulsado. El dispositivo está formado por un fotodiodo que tiene la doble función de recibir la información del haz y alimentar el sistema, dos terminales que aplican el estímulo eléctrico para liberar el fármaco, y un circuito lógico encargado de decodificar el haz y aplicar la tensión a los terminales. Los principales retos del presente trabajo son: el almacenamiento de energía para la aplicación del pulso, la generación estable de la señal de reloj y la recepción correcta de la señal ante posibles discontinuidades en la exposición, los cuales deben solventarse con un área de silicio reducida o con perspectivas de miniaturización. El objetivo es diseñar y validar mediante simulación, utilizando las herramientas Cadence Virtuoso Layout Suite y Cadence Spectre Circuit Simulator, microdispositivos inyectables en el torrente sanguíneo para realizar tratamientos localizados, inteligentes, y controlables. Las posibles aplicaciones de esta tecnología son múltiples. Por ejemplo, permitiría la entrega localizada y controlable de citotóxicos, como los utilizados en terapia contra el cáncer. Distribución temporal estimada: Mes 1: se explorará el estado del arte en energy harvesting mediante fotodiodos y generación de señal de reloj estable con ultra bajo consumo. Mes 2: formación en herramientas de diseño. Meses 3 y 4: diseño y simulación iterativa incremental. Meses 5 y 6: documentación y defensa.

[EN] This work details the design and validation process through simulation of a microdevice capable of localized drug release based on coded commands transmitted wirelessly using a pulsed infrared beam. The device is made up of a photodiode that has the double function of receiving information from the beam and powering the system, two terminals that apply the electrical stimulus to release the drug, and a logic circuit responsible for decoding the beam and applying the voltage to the terminals. The main challenges of this work are: the storage of energy for the application of the pulse, the stable generation of the clock signal and the correct reception of the signal in the event of possible discontinuities in the exposure, which must be solved with a reduced silicon area. or with miniaturization perspectives. The objective is to design and validate through simulation, using the Cadence Virtuoso Layout Suite and Cadence Specter Circuit Simulator tools, microdevices injectable into the bloodstream to perform localized, intelligent, and controllable treatments. The possible applications of this technology are multiple. For example, it would allow localized and controllable delivery of cytotoxics, such as those used in cancer therapy. Estimated temporal distribution: Month 1: The state of the art in energy harvesting will be explored using photodiodes and stable clock signal generation with ultra-low consumption. Month 2: training in design tools. Months 3 and 4: design and incremental iterative simulation. Months 5 and 6: documentation and defense.