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。
迄今为止，传统的植入式电子设备在体积上效率低下-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，他们已经建造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独树一帜。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，因为声速远小于光速，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，无需任何额外包装，是由半导体制造公司制造的，并在哥伦比亚纳米技术倡议洁净室和纽约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。”
该团队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出体外，从而提供有关其在本地测量的信息。当前的设备可测量体温，但团队正在研究更多的可能性。
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