融合生物學(xué)與電子學(xué)的先進(jìn)醫(yī)療應(yīng)用曙光初露

　　一種無(wú)線(xiàn)硅晶監(jiān)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(cè)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(guó)舊金山舉行的國(guó)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(yīng)用領(lǐng)域。

　　“我建議工程師們認(rèn)真學(xué)習(xí)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(duì)醫(yī)療問(wèn)題產(chǎn)生濃厚的興趣。”McDermott還曾擔(dān)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(guó)布朗大學(xué)工程學(xué)教授Arto Nurmikko介紹涉及了電子學(xué)、光學(xué)和解剖學(xué)的大腦植入設(shè)計(jì)。“這絕對(duì)是包括了計(jì)算機(jī)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(jī)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(yī)院去，就能夠獲得醫(yī)生所開(kāi)出的定期檢查報(bào)告，三星先進(jìn)技術(shù)研究所執(zhí)行長(zhǎng)Hyung Kyu Lim在ISSCC的主題演講中表示。

　　“醫(yī)療保健設(shè)備和服務(wù)機(jī)器人是針對(duì)這些新業(yè)務(wù)的兩種主要新興消費(fèi)產(chǎn)品。”Lim指出，“然而，實(shí)現(xiàn)這些未來(lái)服務(wù)的系統(tǒng)非常復(fù)雜且昂貴，因?yàn)樗鼈冃枰叩鹊臋C(jī)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(jiān)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(fèi)者在舒適的家中獲得醫(yī)療監(jiān)控服務(wù)。

　　“我們不僅面臨著熟齡化的社會(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(jiān)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(fù)擔(dān)。”

　　一家大型的美國(guó)醫(yī)療保健公司據(jù)說(shuō)正與Toumaz公司合作，計(jì)劃在2009年底以前推出基于硅晶的醫(yī)用貼布。另外，美國(guó)奇異(GE)和飛利浦等公司據(jù)說(shuō)也將在實(shí)驗(yàn)室中展開(kāi)類(lèi)似的計(jì)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(shù)據(jù)速率可達(dá)50kbps。該芯片在通訊時(shí)的電流為2.5mA，但其數(shù)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?yàn)樵诙叹嚯x通訊中總是存在著干擾，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(shè)計(jì)，但這種貼布在明年上市時(shí)的價(jià)格可望低至5美元。當(dāng)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(dāng)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?yàn)樗仨毑捎眯碌闹瞥獭?rdquo;

　　該芯片可與傳感器連接來(lái)實(shí)現(xiàn)心電圖設(shè)備、三軸加速計(jì)或血糖、pH值和壓力監(jiān)視器。雖然同一時(shí)刻只能為一個(gè)傳感器進(jìn)行測(cè)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(jì)劃的論文中，日立公司(Hitachi)闡述了這種組件如何成為消費(fèi)性產(chǎn)品的理由。該計(jì)劃使用了一個(gè)現(xiàn)成的設(shè)計(jì)，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(duì)個(gè)人精神、體格和社交狀態(tài)的日常評(píng)估數(shù)據(jù)。

　　一項(xiàng)針對(duì)200名用戶(hù)所作的場(chǎng)測(cè)顯示，即使單一傳感器也有助于追蹤日常生活中的細(xì)微模式改變，日立的工程師指出。上述監(jiān)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(guó)烏爾姆大學(xué)(University of Ulm)教授Albrecht 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(duì)1,600畫(huà)素、3×3.5mm數(shù)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制造出來(lái)，它主要根據(jù)德國(guó)斯圖加特微電子研究所(IMS)開(kāi)發(fā)的1,450畫(huà)素?cái)?shù)組為基礎(chǔ)所設(shè)計(jì)。其CMOS成像器具有170dB的動(dòng)態(tài)范圍，曾在一項(xiàng)為期數(shù)周的醫(yī)院實(shí)驗(yàn)中用于植入許多病人體內(nèi)。

　　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(gòu)和數(shù)字控制器來(lái)循序?qū)ぶ樊?huà)素。Rothermel表示，它能讓一些盲人感覺(jué)到反射光。