融合生物學(xué)與電子學(xué)的先進(jìn)醫療應用曙光初露

　　一種無(wú)線(xiàn)硅晶監視器可以像貼OK繃一樣的使用，用完后即可扔掉；另一種芯片可望成為首款商用視網(wǎng)膜的替代品；還有一種用于測量波形的組件則可深植于大腦之中。這些技術(shù)進(jìn)展是日前于美國舊金山舉行的國際固態(tài)電路會(huì )議(ISSCC)上所發(fā)表的眾多論文主題?？傊?，這些技術(shù)讓人們更加相信：生物學(xué)將成為下一個(gè)重要的電子應用領(lǐng)域。

　　“我建議工程師們認真學(xué)習兩門(mén)學(xué)科：一是電子工程學(xué)，而另一門(mén)則是自然科學(xué)。”德州大學(xué)研究員Mark McDermott表示，“許多工程師們開(kāi)始對醫療問(wèn)題產(chǎn)生濃厚的興趣。”McDermott還曾擔任過(guò)飛思卡爾(Freescale)和英特爾(Intel)公司的工程技術(shù)經(jīng)理。

　　在ISSCC大會(huì )的一場(chǎng)演講中，美國布朗大學(xué)工程學(xué)教授A(yíng)rto Nurmikko介紹涉及了電子學(xué)、光學(xué)和解剖學(xué)的大腦植入設計。“這絕對是包括了計算機科學(xué)、工程學(xué)、生物學(xué)以及像瑞士鐘表制造商鉆孔般精密的機械學(xué)等跨學(xué)科領(lǐng)域。”Nurmikko表示。

　　比利時(shí)校際微電子中心(IMEC)研究員Chris Van Hoof在ISSCC上主持了一場(chǎng)有關(guān)生命科學(xué)的研討會(huì )，他在開(kāi)場(chǎng)致詞時(shí)即明白指出：“硅晶與人體的相互作用正變得越來(lái)越密切。”

　　在不久的將來(lái)，配備無(wú)線(xiàn)可穿戴式傳感器的病人不必再到醫院去，就能夠獲得醫生所開(kāi)出的定期檢查報告，三星先進(jìn)技術(shù)研究所執行長(cháng)Hyung Kyu Lim在ISSCC的主題演講中表示。

　　“醫療保健設備和服務(wù)機器人是針對這些新業(yè)務(wù)的兩種主要新興消費產(chǎn)品。”Lim指出，“然而，實(shí)現這些未來(lái)服務(wù)的系統非常復雜且昂貴，因為它們需要更高等的機器智能。”

　　例如，新創(chuàng )企業(yè)Toumaz Technology在ISSCC上介紹了一款定制芯片，能把無(wú)線(xiàn)監視器放在一個(gè)拋棄式的貼布上。該芯片是多種新興的智能型可穿戴式組件中的一種，能幫助病人和消費者在舒適的家中獲得醫療監控服務(wù)。

　　“我們不僅面臨著(zhù)熟齡化的社會(huì )，而且這個(gè)社會(huì )尚未建立起健康的生活方式。”Toumaz公司技術(shù)總監Alison Burdett表示，“有越來(lái)越多的人患有慢性疾病，這將為全球保健體系帶來(lái)沉重的負擔。”

　　一家大型的美國醫療保健公司據說(shuō)正與Toumaz公司合作，計劃在2009年底以前推出基于硅晶的醫用貼布。另外，美國奇異(GE)和飛利浦等公司據說(shuō)也將在實(shí)驗室中展開(kāi)類(lèi)似的計劃。

　　為了進(jìn)一步降低功耗與提高可靠性，Toumaz公司為800MHz到900MHz的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)了定制的硬件和協(xié)議，所用組件的最大數據速率可達50kbps。該芯片在通訊時(shí)的電流為2.5mA，但其數字控制部份的功耗只有100μw。

　　“定制的媒體存取控制器(MAC)是關(guān)鍵，因為在短距離通訊中總是存在著(zhù)干擾，因而我們具有許多緩沖層。”Burdett表示。

　　盡管該產(chǎn)品是定制化設計，但這種貼布在明年上市時(shí)的價(jià)格可望低至5美元。當中所用的芯片尺寸為16平方毫米，且只占成本的一小部份。該芯片將由英飛凌科技公司采用130nm制程進(jìn)行制造。

　　“當這種貼布投入大量產(chǎn)時(shí)，硅芯片的成本真的微乎其微。”Burdett表示，“大部份的成本都來(lái)自組裝和制造方面，因為它必須采用新的制程。”

　　該芯片可與傳感器連接來(lái)實(shí)現心電圖設備、三軸加速計或血糖、pH值和壓力監視器。雖然同一時(shí)刻只能為一個(gè)傳感器進(jìn)行測量，但它可在三個(gè)傳感器之間進(jìn)行切換。

　　在有關(guān)‘Life Thermascope’計劃的論文中，日立公司(Hitachi)闡述了這種組件如何成為消費性產(chǎn)品的理由。該計劃使用了一個(gè)現成的設計，并整合于腕表或徽章，使其可用以記錄用戶(hù)的體溫，以及一整套對個(gè)人精神、體格和社交狀態(tài)的日常評估數據。

　　一項針對200名用戶(hù)所作的場(chǎng)測顯示，即使單一傳感器也有助于追蹤日常生活中的細微模式改變，日立的工程師指出。上述監視器采用30立方公分的模塊封裝，并采用工作在ZigBee網(wǎng)絡(luò )上的32位H8S處理器。

　　硅眼(Silicon Eyes)

　　在談到植入技術(shù)時(shí)，德國烏爾姆大學(xué)(University of Ulm)教授A(yíng)lbrecht Rothermel介紹了一款可以成為首款商用人造視網(wǎng)膜的芯片。這所大學(xué)正與Retina Implant公司針對1,600畫(huà)素、3×3.5mm數組研究方面展開(kāi)了合作。

　　這款組件在Rothermel演講的前幾天才從代工廠(chǎng)制造出來(lái)，它主要根據德國斯圖加特微電子研究所(IMS)開(kāi)發(fā)的1,450畫(huà)素數組為基礎所設計。其CMOS成像器具有170dB的動(dòng)態(tài)范圍，曾在一項為期數周的醫院實(shí)驗中用于植入許多病人體內。

　　這種人造視網(wǎng)膜采用0.8μm技術(shù)制造，厚度只有20μm。它采用了寬廣的電壓擺幅作為視網(wǎng)膜刺激，并采用新的電源架構和數字控制器來(lái)循序尋址畫(huà)素。Rothermel表示，它能讓一些盲人感覺(jué)到反射光。