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世界上最小的单芯片系统,可以用针头注射到人体内

稿件来源:搜狐新闻 责任编辑:ICAC 发布时间:2021-06-09

  随着电子产品的不断小型化,为我们提供了许多监测和改善健康状况的新手段和新方法,甚至拓展出一些非常令人兴奋的可能性。近日,来自哥伦比亚大学(Columbia University)的工程师们展示了这项技术的一个极端版本,他们开发了有史以来最小的单芯片系统,该系统可以用注射针植入皮下以测量体内温度,甚至还可以拓展更多用途。

 

上图:世界上最小的单芯片系统,位于皮下针头的顶端。

  当前,从瓢虫大小的植入物(追踪人体深层组织中的氧气水平)到微型“神经尘埃”传感器(实时监测神经信号),科学家们在微型电子设备的功能方面迈出了很大的一步。这次,由哥伦比亚大学工程师开发的植入物是世界上最小的单芯片系统,它是一个总体积不到0.1立方毫米的全功能电子电路,具有新的突破。

  这使得它像尘螨一样小,比世界上最小的计算机要小得多。这是一台每边0.3毫米(0.01英寸)的立方体设备。这种微型芯片只有在显微镜下才能看到,需要一些创新思维才能制造出来,尤其是在它的通信和供电方式方面。

  一般来说,小型电子设备可能采用射频(RF)模块来发送和接收电磁无线电信号,但这些波长太大了,不能用于如此小的设备。另一方面,在给定的频率下,超声波的波长要小得多,因为声波的速度远远低于电磁波传播的光速。因此,该团队安装了一个压电换能器,作为无线供电和通过超声波进行通信的“天线”。

  这与机载低功率温度传感器相结合,将芯片转化为实时温度传感的探针,使其能够监测体温以及由超声波治疗应用驱动的温度波动。这种植入物的能力在实验活体老鼠身上得到了证明,在那里它被用于超声波神经刺激,通过注射器肌肉注射,一次最多可以将七个植入物植入实验老鼠体内。

  最终,科学家们设想将这种芯片植入人体,然后通过超声波将测量到的信息无线传输出来。以目前的形式,这仅限于体温,但未来可能还会包括血压,血糖水平和呼吸功能等信息。

  领导该项研究的科学家表示:“我们想看看,我们能把芯片的功能缩小到什么程度。这是‘芯片即系统’的新概念 —— 这是一种单独的芯片,不需要其他任何东西,就是一个完整的电子系统。这对于开发无线微型植入式医疗设备来说应该是革命性的,这种设备可以感知不同的东西,用于临床应用,并最终被批准用于人类。”

  这项研究发表在《科学进展》杂志上。

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