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作者: Rick Merritt 在近日于舊金山舉行的國(guó)際電子元件大會(huì)(IEDM)上，美國(guó)伊利諾大學(xué)(University of Illinois)材料科學(xué)暨工程系教授John A. Rogers發(fā)表專題演說(shuō)指出，研究人員正在開(kāi)發(fā)對(duì)人類(lèi)皮膚與器官組織更友善、更具柔軟性的芯片，為醫(yī)療電子開(kāi)啟新應(yīng)用，但相關(guān)工作仍在初期階段。 以下展示的幾張圖片是目前正在進(jìn)展中的研發(fā)工作，包括可幫助傷口愈合、然后自然分解的芯片；能像小朋友玩的紋身貼紙那樣貼上或是去除的生物顯示器(Bio monitors)；用來(lái)包裹腦部的主動(dòng)箔(Active foils)。 適合新生兒使用的、較不具侵入性的生物監(jiān)測(cè)設(shè)備 Rogers展示了一種像是紋身貼紙的生物監(jiān)測(cè)設(shè)備，能替代較具侵入性的感測(cè)設(shè)備，應(yīng)用在早產(chǎn)嬰兒身上(如下圖)：“我們希望能在未來(lái)使用這種設(shè)備，且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多原型，但仍有一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)。” 
能愈合傷口的可分解IC 目前的生物芯片開(kāi)發(fā)成果中，最讓人印象深刻的案例之一，是在任務(wù)完成之后就能在人體內(nèi)自動(dòng)分解的芯片(如下圖)；這種芯片的任務(wù)是加熱傷口縫合處周?chē)钠つw，以殺死可能導(dǎo)致感染的細(xì)菌。細(xì)菌感染是讓病者再次進(jìn)醫(yī)院的首要原因之一。
能愈合傷口的可分解IC “這種設(shè)備只需要運(yùn)作一至兩周，就會(huì)自動(dòng)消失；這免除了在芯片之長(zhǎng)期生物兼容性(bio-compatibility)方面的挑戰(zhàn)。”Roger指出，這種芯片是五種水溶性材料的結(jié)合，而且具備“合理的高性能”；目前還有數(shù)字成像器(imager)與其他水溶性芯片正在進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。 可分解IC的結(jié)構(gòu) “你能用那種完全水溶性成像陣列來(lái)拍照；”Roger還在演講臺(tái)上親自示范將一顆RF振蕩器吞下肚，開(kāi)玩笑地說(shuō)：“這是好東西，我得說(shuō)吃起來(lái)像雞肉一樣。”
像紋身貼紙一樣的芯片 如前面所提到的，研究人員現(xiàn)在開(kāi)發(fā)出一種能監(jiān)測(cè)人體脈搏、腦波的芯片原型，就像紋身貼紙一樣，能輕易地貼在皮膚上或去除。這種設(shè)備內(nèi)含完整的監(jiān)測(cè)電路，包括應(yīng)變計(jì)(strain gauges)、光電二極管(photo diodes)、RF天線，以及能啟動(dòng)該設(shè)備的電感線圈(inductive coils)、并非只是簡(jiǎn)單的電極。
像紋身貼紙一樣的生物監(jiān)測(cè)設(shè)備 老化角質(zhì)樣被脫落?擠捏都正常運(yùn)作 Roger展示了一段紋身貼紙芯片視頻，該種設(shè)備采用柔軟的塑膠載體，能貼在皮膚上然后用水洗掉；這種設(shè)備在皮膚被擠捏的時(shí)候還是能正常運(yùn)作，然后像老化角質(zhì)那樣被脫落。據(jù)了解，有部分新創(chuàng)公司正在為這種芯片尋找新應(yīng)用，例如做為人體機(jī)器界面，用來(lái)擷取語(yǔ)音指令或是追蹤手部動(dòng)作。
無(wú)論如何擠捏都能正常運(yùn)作的紋身貼紙芯片 蛇形生物晶體管
紋身貼紙芯片上的蛇形晶體管 其實(shí)紋身貼紙芯片上的圖案是一種設(shè)計(jì)獨(dú)特的、印刷在聚合物薄片(polymer sheets)上的蛇形晶體管(如上圖)；該種設(shè)計(jì)是讓芯片能承受皮膚揉捏擠壓的主要原因。下圖是Roger在演講臺(tái)上用小型USB顯微鏡展示他手臂上的紋身貼紙芯片。
在演講臺(tái)上用小型USB顯微鏡展示手臂上的紋身貼紙芯片 包裹腦部的軟性金屬箔 過(guò)去二十年來(lái)，研究人員是使用微型針頭(micro-needles)來(lái)監(jiān)測(cè)人腦并與之互動(dòng)；這種技術(shù)雖然有用，但Roger形容：“那就像是將玻璃碎片散布在一碗果凍里，在植入設(shè)備的程序中會(huì)破壞組織，并可能會(huì)產(chǎn)生機(jī)械不協(xié)調(diào)，以至于在界面產(chǎn)生永久性的刺激。”
能與生物組織結(jié)合的電子設(shè)備 現(xiàn)在研究人員正試圖將超薄硅晶層與塑膠、金屬箔、類(lèi)橡膠材料結(jié)合，形成與腦部形狀貼合的設(shè)備(如上圖)；Roger表示，這種設(shè)備有部分會(huì)用到像是手風(fēng)琴音箱那樣的預(yù)施應(yīng)力(pre-strained)材料。下圖展示了該種軟性電子設(shè)備已經(jīng)運(yùn)用在監(jiān)測(cè)貓腦部組織的實(shí)驗(yàn)中。
已經(jīng)運(yùn)用在貓腦部監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的軟性電子設(shè)備 |
