陈根：医疗植入物，协助无线监测体温

文/陈根

广泛用于监测和绘制生物信号，支持和增强生理功能，以及治疗疾病的植入式医疗设备正在改变医疗保健行业，以提高数百万人的生活质量。当然，研究人员正越来越关注设计用于体内和原位生理监测的无线、小型植入医疗设备。这些设备可以用来监测生理条件，如温度，血压，血糖和呼吸诊断和治疗程序。

然而，到目前为止，传统的植入电子设备体积效率低下，通常需要多个芯片、包装、电线和外部传感器，而电池通常需要用于储能。电子产品的集成度不断提高，越来越多的功能被转移到集成电路本身上。

现在，哥伦比亚工程研究人员则报告表示，他们已经开发了世界上最小的单片机系统，该系统只有在显微镜下才能看到，而为了实现这一目标，研究小组使用超声波来同时为设备供电并与设备无线通信。

此前，研究人员已经展示过瓢虫大小、能够追踪组织中氧气含量的植入物，以及精细到能够实时监测神经信号的 Neural Dust 传感器。但此次开发的世界上最小的单芯片植入物系统，它的总体积却小于 0.1 mm³ 。

当然，想要造出如此精细的单芯片系统，研究人员在通信和供电方式上特别下了努力。虽然市面上已有不少小型电子设备配备了具有无线电信号收发功能的射频（RF）模块，但其波长可能难以与如此小的设备配合使用。不过在特定的情况下，我们还是可以利用波长更小的超声波方案。

由于音速远小于电磁波传播的光速级别，研究团队还集成了一个压电换能器，以将之当做超声波无线供电和通信的“换能器”。结合板载的低功耗温度传感器，研究团队已能够将微型芯片当做感测实时温度的探针。

未来，还可期待它能发挥血压、血糖、血氧监测等更丰富的临床功能。而此前，研究团队已在超声神经刺激的活小鼠中证明了植入物的功能。甚至通过肌肉注射的方式，一次将七个植入物送入了小鼠体内。其研究已发表在《科学进展》上。