【导读】植入式医疗设备被广泛用于监测和绘制生物信号，支持和加强生理功能，以及治疗疾病，它正在改变医疗保健，改善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、小型化的植入式医疗设备越来越感兴趣。这些设备可用于监测生理状况，如温度、血压、葡萄糖和呼吸，用于诊断和治疗程序。
迄今为止，传统的植入式电子装置的体积效率很低--它们通常需要多个芯片、包装、电线和外部传感器，而且通常需要电池来储存能量。电子技术的一个持续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。
哥伦比亚工程公司的研究人员报告说，他们已经建立了据说是世界上最小的单芯片系统，总体积不到0.1mm3。该系统像一只尘螨一样小，只有在显微镜下才能看到。为了实现这一目标，该团队使用超声波为该设备提供动力并与之进行无线通信。这项研究于5月7日在线发表在《科学进展》上。
"我们想看看我们能在多小的功能芯片上突破多大的极限。"该研究的负责人、刘氏家族电气工程教授和生物医学工程教授肯-谢泼德说，这是一个'芯片即系统'的新概念--这是一个单独的芯片，没有其他东西，是一个完整的功能电子系统。这对于开发能够感知不同事物的无线、小型化植入式医疗设备来说应该是革命性的，可用于临床应用，并最终被批准供人使用。
该团队还包括罗伯特和玛格丽特-哈里里生物医学工程教授和放射学教授Elisa Konofagou，以及Konofagou实验室的博士生Stephen A. Lee，他协助进行了动物研究。
该设计是由博士生Chen Shi完成的，他是该研究的第一作者。Shi的设计在其体积效率方面是独一无二的，即在一定数量的体积中所包含的功能量。传统的射频通信链路对于这么小的设备来说是不可能的，因为相对于设备的尺寸，电磁波的波长太大。由于声速比光速小得多，所以超声波的波长在给定的频率下要小得多，该团队利用超声波为设备供电并与之进行无线通信。他们直接在芯片的顶部制作了用超声波进行通信和供电的 "天线"。
该芯片是整个可植入/可注射的移动电话，没有额外的包装，是在台湾半导体制造公司制造的，并在哥伦比亚纳米计划的洁净室和纽约市立大学先进科学研究中心（ASRC）的纳米制造设施进行了额外的工艺修改。
Shepard评论说："这是一个'超越摩尔'技术的好例子，我们在标准互补金属氧化物半导体上引入新材料，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上，将声能转换为电能。"
Konofagou补充说："随着新工具和新技术的出现，超声在临床上的重要性正在持续增长。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注入体内的芯片，然后用超声波将其传回体外，提供有关他们在本地测量的东西的信息。目前的设备是测量体温，但该团队正在研究的可能性还有很多。
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