融合生物學與電子學的先進醫療應用曙光初露

　　一種無線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。這些技術進展是日前于美國舊金山舉行的國際固態電路會議(ISSCC)上所發表的眾多論文主題。總之，這些技術讓人們更加相信：生物學將成為下一個重要的電子應用領域。

　　“我建議工程師們認真學習兩門學科：一是電子工程學，而另一門則是自然科學。”德州大學研究員Mark McDermott表示，“許多工程師們開始對醫療問題產生濃厚的興趣。”McDermott還曾擔任過飛思卡爾(Freescale)和英特爾(Intel)公司的工程技術經理。

　　在ISSCC大會的一場演講中，美國布朗大學工程學教授Arto Nurmikko介紹涉及了電子學、光學和解剖學的大腦植入設計。“這絕對是包括了計算機科學、工程學、生物學以及像瑞士鐘表制造商鉆孔般精密的機械學等跨學科領域。”Nurmikko表示。

　　比利時校際微電子中心(IMEC)研究員Chris Van Hoof在ISSCC上主持了一場有關生命科學的研討會，他在開場致詞時即明白指出：“硅晶與人體的相互作用正變得越來越密切。”

　　在不久的將來，配備無線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出的定期檢查報告，三星先進技術研究所執行長Hyung Kyu Lim在ISSCC的主題演講中表示。

　　“醫療保健設備和服務機器人是針對這些新業務的兩種主要新興消費產品。”Lim指出，“然而，實現這些未來服務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，新創企業Toumaz Technology在ISSCC上介紹了一款定制芯片，能把無線監視器放在一個拋棄式的貼布上。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。

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

　　一家大型的美國醫療保健公司據說正與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也將在實驗室中展開類似的計劃。

　　為了進一步降低功耗與提高可靠性，Toumaz公司為800MHz到900MHz的無線網絡開發了定制的硬件和協議，所用組件的最大數據速率可達50kbps。該芯片在通訊時的電流為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)是關鍵，因為在短距離通訊中總是存在著干擾，因而我們具有許多緩沖層。”Burdett表示。

　　盡管該產品是定制化設計，但這種貼布在明年上市時的價格可望低至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制程進行制造。

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

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

　　在有關‘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品的理由。該計劃使用了一個現成的設計，并整合于腕表或徽章，使其可用以記錄用戶的體溫，以及一整套對個人精神、體格和社交狀態的日常評估數據。

　　一項針對200名用戶所作的場測顯示，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網絡上的32位H8S處理器。

　　硅眼(Silicon Eyes)

　　在談到植入技術時，德國烏爾姆大學(University of Ulm)教授Albrecht Rothermel介紹了一款可以成為首款商用人造視網膜的芯片。這所大學正與Retina Implant公司針對1,600畫素、3×3.5mm數組研究方面展開了合作。

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

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