微型、无线、可注射芯片使用超声波监测身体过程
Columbia Engineers 开发了最小的单芯片系统，它是一个功能齐全的电子电路；只有在显微镜下才能看到的植入式芯片为开发可以用皮下注射针头注射到体内以监测医疗状况的芯片指明了方向。
植入式医疗设备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，正在改变医疗保健并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微型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，例如温度、血压、葡萄糖和呼吸，用于诊断和治疗过程。
迄今为止，传统的植入式电子设备的体积效率非常低——它们通常需要多个芯片、封装、电线和外部换能器，并且通常需要电池来存储能量。电子领域的一个持续趋势是电子元件的更紧密集成，通常将越来越多的功能转移到集成电路本身上。
Columbia Engineering 的研究人员报告说，他们已经构建了他们所说的世界上最小的单芯片系统，总体积不到 0.1 毫米 3 .该系统像尘螨一样小，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设备供电并与设备进行无线通信。
“我们想看看我们可以在多大程度上推动我们可以制造的功能芯片的极限，”该研究的负责人、Lau Family 电气工程教授和生物医学工程教授 Ken Shepard 说。 “这是一个‘芯片即系统’的新理念——这是一个单独的芯片，没有其他任何东西，它是一个功能齐全的电子系统。这对于开发能够感知不同事物、用于临床应用并最终获准供人类使用的无线、微型植入式医疗设备来说应该是革命性的。”
对于这么小的设备，传统的射频通信链路是不可能的，因为电磁波的波长相对于设备的尺寸来说太大了。由于声速远低于光速，因此在给定频率下超声波的波长要小得多，因此该团队使用超声波为设备供电并与设备进行无线通信。他们直接在芯片顶部制作了用于与超声波进行通信和供电的“天线”。
该芯片是整个可植入/可注射微粒，无需额外封装，由台湾半导体制造公司制造，并在哥伦比亚纳米倡议洁净室和纽约城市大学高级 3+ 研究中心 (ASRC) 进行了额外的工艺修改纳米加工设备。
Shepard 评论说：“这是‘超越摩尔’技术的一个很好的例子——我们将新材料引入标准互补金属氧化物半导体以提供新功能。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。”
该团队的目标是开发可以用皮下注射针头注射到体内的芯片，然后使用超声波从体外传回，提供有关他们在本地测量的东西的信息。目前的设备可以测量体温，但团队正在研究更多的可能性。
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