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微小的无线可注射芯片使用超声波监测身体过程

发布时间:2021年08月18日    点击:[0]人次

微小的无线可注射芯片使用超声波监测身体过程

植入式医疗设备广泛用于监视和映射生物信号,支持和增强生理功能以及治疗疾病,正在改变着医疗保健并改善了数百万人的生活质量。

研究人员对设计用于体内和原位生理监测的无线,小型可植入医疗设备越来越感兴趣。

这些设备可用于监测生理状况,例如温度,血压,葡萄糖和呼吸,以用于诊断和治疗程序中国机械网okmao.com。

迄今为止,传统的植入式电子设备体积效率极低,它们通常需要多个芯片,封装,电线和外部换能器,并且通常需要电池来存储能量。电子学的一个恒定趋势是电子元件的紧密集成,通常将越来越多的功能转移到集成电路本身上。

Columbia Engineering的研究人员报告说,他们已经构建了他们所说的世界上最小的单芯片系统,消耗的总体积小于0.1 mm3。

该系统像尘螨一样小,仅在显微镜下可见。为了实现这一目标,该团队使用超声波为设备供电并与设备进行无线通信。该研究于5月7日在线发表在《科学进展》上。

这项研究的负责人,电气工程学教授,生物医学工程学教授,刘氏家族的肯·谢泼德说:“我们希望看到我们能将能制造的功能芯片的极限推到多大程度。”

“这是“芯片即系统”的新思想,这是一个单独的芯片,一个完整的功能完整的电子系统。这对于开发能够感知不同事物的无线,小型化的植入式医疗设备应该是革命性的。用于临床,并最终批准用于人类。”

该团队还包括Elisa Konofagou,Robert和Margaret Hariri生物医学工程教授,放射学教授,以及Stephen A. Lee博士。Konofagou实验室的一名学生,他协助了动物研究。

该设计由该研究的第一作者博士生陈实完成。Shi的设计在容积效率,给定容积中包含的功能量方面是独一无二的。对于如此小的设备,传统的RF通信链路是不可能的,因为电磁波的波长相对于设备的大小而言太大。

由于在给定的频率下超声波的波长要小得多,因为声音的速度远小于光速,因此该团队使用超声波为设备供电并与设备进行无线通信。他们在芯片顶部直接制造了与超声波进行通信和供电的“天线”。

该芯片是整个可植入/可注射的微粒,无需任何额外的包装,是由台湾半导体制造公司制造的,并在哥伦比亚纳米技术倡议的洁净室和纽约城市大学高级科学研究中心(ASRC)纳米制造中进行了额外的工艺修改。设施。

Shepard评论说:“这是'超越摩尔'技术的一个很好的例子-我们在标准互补金属氧化物半导体上引入了新材料以提供新功能。在这种情况下,我们将压电材料直接添加到集成电路中以换能器声学能量到电能。”

Konofagou补充说:“随着新工具和技术的出现,超声在临床上的重要性正在不断提高。这项工作延续了这一趋势。”

该小组的目标是开发可以用皮下注射针头注射到体内的芯片,然后使用超声波将其传回体外,从而提供有关其局部测量值的信息。当前的设备可测量体温,但团队正在研究更多的可能性。