融合生物学与电子学的医疗应用曙光初露

　　一种无线硅晶监视器可以像贴OK绷一样的使用，用完后即可扔掉；另一种芯片可望成为首款商用视网膜的替代品；还有一种用于测量波形的组件则可深植于大脑之中。这些技术进展是日前于美国旧金山举行的国际固态电路会议(ISSCC)上所发表的众多论文主题。总之，这些技术让人们更加相信：生物学将成为下一个重要的电子应用领域。

　　“我建议工程师们认真学习两门学科：一是电子工程学，而另一门则是自然科学。”德州大学研究员Mark McDermott表示，“许多工程师们开始对医疗问题产生浓厚的兴趣。”McDermott还曾担任过飞思卡尔(Freescale)和英特尔(Intel)公司的工程技术经理。

　　在ISSCC大会的一场演讲中，美国布朗大学工程学教授Arto Nurmikko介绍涉及了电子学、光学和解剖学的大脑植入设计。“这绝对是包括了计算机科学、工程学、生物学以及像瑞士钟表制造商钻孔般精密的机械学等跨学科领域。”Nurmikko表示。

　　比利时校际微电子中心(IMEC)研究员Chris Van Hoof在ISSCC上主持了一场有关生命科学的研讨会，他在开场致词时即明白指出：“硅晶与人体的相互作用正变得越来越密切。”

　　在不久的将来，配备无线可穿戴式传感器的病人不必再到医院去，就能够获得医生所开出的定期检查报告，三星先进技术研究所执行长Hyung Kyu Lim在ISSCC的主题演讲中表示。

　　“医疗保健设备和服务机器人是针对这些新业务的两种主要新兴消费产品。”Lim指出，“然而，实现这些未来服务的系统非常复杂且昂贵，因为它们需要更高等的机器智能。”

　　例如，新创企业Toumaz Technology在ISSCC上介绍了一款定制芯片，能把无线监视器放在一个拋弃式的贴布上。该芯片是多种新兴的智能型可穿戴式组件中的一种，能帮助病人和消费者在舒适的家中获得医疗监控服务。

　　“我们不仅面临着熟龄化的社会，而且这个社会尚未建立起健康的生活方式。”Toumaz公司技术总监Alison Burdett表示，“有越来越多的人患有慢性疾病，这将为全球保健体系带来沉重的负担。”

　　一家大型的美国医疗保健公司据说正与Toumaz公司合作，计划在2009年底以前推出基于硅晶的医用贴布。另外，美国奇异(GE)和飞利浦等公司据说也将在实验室中展开类似的计划。

　　为了进一步降低功耗与提高可靠性，Toumaz公司为800MHz到900MHz的无线网络开发了定制的硬件和协议，所用组件的最大数据速率可达50kbps。该芯片在通讯时的电流为2.5mA，但其数字控制部份的功耗只有100μw。

　　“定制的媒体存取控制器(MAC)是关键，因为在短距离通讯中总是存在着干扰，因而我们具有许多缓冲层。”Burdett表示。

　　尽管该产品是定制化设计，但这种贴布在明年上市时的价格可望低至5美元。当中所用的芯片尺寸为16平方毫米，且只占成本的一小部份。该芯片将由英飞凌科技公司采用130nm制程进行制造。

　　“当这种贴布投入大量产时，硅芯片的成本真的微乎其微。”Burdett表示，“大部份的成本都来自组装和制造方面，因为它必须采用新的制程。”

　　该芯片可与传感器连接来实现心电图设备、三轴加速计或血糖、pH值和压力监视器。虽然同一时刻只能为一个传感器进行测量，但它可在三个传感器之间进行切换。

　　在有关‘Life Thermascope’计划的论文中，日立公司(Hitachi)阐述了这种组件如何成为消费性产品的理由。该计划使用了一个现成的设计，并整合于腕表或徽章，使其可用以记录用户的体温，以及一整套对个人精神、体格和社交状态的日常评估数据。

　　一项针对200名用户所作的场测显示，即使单一传感器也有助于追踪日常生活中的细微模式改变，日立的工程师指出。上述监视器采用30立方公分的模块封装，并采用工作在ZigBee网络上的32位H8S处理器。

德国乌尔姆大学的人造视网膜原型在一个植入式数组中整合了1,600像素