包裹大脑的柔性生物集成电路 - 生物芯片:创造下一代医疗技术奇迹!

2012-12-18 18:11:32来源: 电子发烧友网
    美国,旧金山——国际电子设备大会上的一位研究人员说,研究人员现在正研究如何使硅芯片植入到人体皮肤和人体组织时更灵活、减少排斥,这将会开拓医疗电子领域的一片新天地,但工作仍处于早期阶段。

  本文将用图片的形式展示研究人员在做生物芯片时的举例,主要包括三个方面:

  1)集成电路:能帮助伤口愈合,并能在体内溶解;

  2)生物显示器:能很方便的植入或取出身体(就像临时纹身一样);

  3)柔性生物集成电路:能包裹大脑外部。

  伊利诺斯大学的材料科学与工程教授John A. Rogers表示,“生物芯片的未来将与摩尔定律下的较为传统的芯片共同存在。这是一个艰巨的任务,因为生物学的不断演进会成为医疗设备的致命武器。”

  回报是巨大的。Rogers给大家展示类似纹身的生物显示器的概念。这种生物显示器将适合给早产新生婴儿用来取代植入式传感器(如图1)。Rogers表示:“我们希望未来能够用到这种生物显示器,我们现在有很多件不完整版,其中仍然还有一些技术性的问题亟待解决”。

图1 未来适合给早产新生婴儿用来取代植入式传感器的生物显示器

可溶解的集成电路芯片

  迄今为止最令人印象深刻的成就之一,是可在体内溶解的电子植入设备的设计(如图2)。该设备的任务是:为伤口加热并抑制细菌生长,防止感染。

  
图2 可在体内溶解的电子植入设备

  Rogers说,“该设备只需要工作一到两个星期,然后就会消失,这样就不会出现体内排斥的问题。”他用图3给大家解释此设计,将5中水溶性材料结合在一起做成这种“合理的高性能电路”。在动物实验中,医疗成像器和其他水溶性IC都能够成功溶解并达到相应的功效。

  为了给大家展示这个新颖的概念,Rogers介绍到,“大家可以这样理解,可溶解性电子植入设备就像大家可以用完全溶于水的相机来拍照一样”。他甚至在台上吞下一个可溶解的RF振荡器,还不忘打趣道,“真是个好东西,吃起来就象是鸡的味道一样”。

图3 Rogers给大家展示可溶解性电子植入设备的设计

纹身芯片生物显示器

  研究人员已经开发了一种监测器能监测脉搏、脑电波等。该监测器可以很方便的放置在皮肤上或移开皮肤时就像去除孩子身上的临时纹身一样。这种监测器包括完整的电子设备,如应变计、光电二极管、射频天线或为设备供电的电感线圈

 
图4 能贴在人身上的生物显示器

  Rogers用视频的形式给大家展示了将一个像纹身一样的以塑料为载体的芯片贴上皮肤并洗掉的整个过程。在贴上皮肤后,无论皮肤受到何种挤压或拉伸,该器件仍能正常工作。剥掉它就像是去死皮那样轻而易举。

  一些创业公司现在正探索着这些ICs在体育上的应用。其他的应用还有,如一些人机界面的语音捕获或追踪手部的动作等。

图5 贴上去后无论怎么挤压,器件依旧正常工作

为什么挤压伸缩后仍能工作?

  目前纹身的印刷聚合物片(如图6)上具有蛇形晶体管的独特设计。这些都是专为在皮肤受到挤压和拉伸时,器件仍能工作而设计的。

  
图6 独特的蛇形设计

  Rogers在台上使用USB显微镜为大家展示戴在他手臂上的纹身IC的电路设计(如图7)。

图7 显微镜下的纹身IC电路

包裹大脑的柔性生物集成电路

  在过去的20年中,研究人员一直在使用微针阵列的监控并与大脑互动。虽然有用,但Rogers把这种技术描述成“就像切果冻一样,在切的过程中会破坏其组织,切过之后难以再完全匹配,并且对其有持久的影响。”

  如今,研究人员致力于研究出符合大脑形状的超薄硅胶膜层(如图8)

  
图8 符合大脑形状的超薄硅胶膜层

  Rogers把在设计过程中所用到的预应变材料,形象地比喻成“手风琴的风箱”(风箱能承受很大的压缩和拉伸)。这个灵活的器件已经在猫科动物的大脑中进行过实时监测并成功通过测试。(如图9)

         

图9 该器件已在猫科动物大脑中进行实时监测并成功通过测试


关键字:包裹  大脑  柔性  生物

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2012/1218/article_3352.html
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