與非網訊 近日，哥倫比亞大學的一支工程師團隊，展示了其開發了有史以來最小的可植入單芯片系統，總體積小于0.1 mm3 ，能夠在注射植入皮下之后實現測量體內溫度等功能。
可植入人體的單芯片系統及功能模塊介紹
正如顯微鏡下拍攝的圖片，這款單芯片系統小到能夠通過針管來實現人體植入。放大后的單芯片系統呈現出方形的外觀，兩側邊長約為0.3毫米。想要造出如此精細的可植入單芯片系統，尤其需要在通信和供電方式上花費一些心思。
在體外觀測到的雞體組織植入芯片及測試情況
雖然市面上已有不少小型電子設備集成了具有無線電信號收發功能的射頻（RF）模塊，但其電磁波波長可能難以與如此小的設備配合使用。不過在特定的情況下，我們還是可以利用波長更小的超聲波方案。由于聲速遠小于電磁波傳播的光速級別，研究團隊還集成了一個壓電MEMS換能器，以將之當做超聲波無線供電和通信的核心器件。
在小鼠大腦與后肢植入這款單芯片系統，進行體溫測量
結合低功耗溫度傳感器，研究團隊已能夠將這款可植入單芯片系統當做感測實時溫度的探針。展望未來，還可期待它能發揮血壓、血糖、血氧監測等更豐富的臨床功能。
此前，該研究團隊已在超聲神經刺激的活小鼠中證明了可植入單芯片系統的功能。甚至通過肌肉注射的方式，一次將七個可植入單芯片系統送入小鼠體內。
在FUS刺激期間的小鼠坐骨神經溫度監測
一般來說，小型電子設備可能采用射頻（RF）模塊來發送和接收電磁無線電信號，但這些波長太大了，不能用于如此小的設備。另一方面，在給定的頻率下，超聲波的波長要小得多，因為聲波的速度遠遠低于電磁波傳播的光速。因此，該團隊安裝了一個壓電換能器，作為無線供電和通過超聲波進行通信的“天線”。
這與機載低功率溫度傳感器相結合，將芯片轉化為實時溫度傳感的探針，使其能夠監測體溫以及由超聲波治療應用驅動的溫度波動。這種植入物的能力在實驗活體老鼠身上得到了證明，在那里它被用于超聲波神經刺激，通過注射器肌肉注射，一次最多可以將七個植入物植入實驗老鼠體內。
最終，科學家們設想將這種芯片植入人體，然后通過超聲波將測量到的信息無線傳輸出來。以目前的形式，這僅限于體溫，但未來可能還會包括血壓，血糖水平和呼吸功能等信息。
領導該項研究的科學家表示：“我們想看看，我們能把芯片的功能縮小到什么程度。這是‘芯片即系統’的新概念 —— 這是一種單獨的芯片，不需要其他任何東西，就是一個完整的電子系統。這對于開發無線微型植入式醫療設備來說應該是革命性的，這種設備可以感知不同的東西，用于臨床應用，并最終被批準用于人類。”
有關這項研究的詳情，已經發表在《科學進展》（Science Advances）期刊上。
