皮下注射针尖端显示的芯片。哥伦比亚工程师开发了最小的单芯片系统，这是一个功能完整的电子电路；只有在显微镜下才能看到的可植入芯片指出了开发芯片的途径，这些芯片可以用皮下注射针注射到体内，以监测医疗状况。信用:陈石/哥伦比亚工程公司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，植入式医疗设备正在改变医疗保健，提高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、小型化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，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体积效率非常低——它们通常需要多个芯片、封装、导线和外部传感器，并且通常需要电池来储存能量。电子学中的一个不变的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。
哥伦比亚工程公司的研究人员报告说，他们已经建造了据称是世界上最小的单芯片系统，总体积不到0.1 mm3。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。这项研究于5月7日在科学进展在线发表。
该研究的负责人肯·谢泼德(Ken Shepard)说:“我们想看看我们能在多大程度上突破功能芯片的制造极限。”谢泼德是刘氏家族电气工程教授和生物医学工程教授。“这是一种‘芯片即系统’的新想法——这是一种芯片，除此之外，它是一个功能完整的电子系统。这对于开发无线、小型化的可植入医疗设备来说应该是革命性的，这些设备可以感知不同的事物，用于临床应用，并最终被批准用于人类。”
该小组还包括生物医学工程教授兼放射学教授伊丽莎·科诺法古、罗伯特和玛格丽特·哈里里，以及协助动物研究的科诺法古实验室博士生斯蒂芬·李博士。
该设计由博士生陈石完成，他是该研究的第一作者。史的设计独特之处在于它的容积效率，即在给定容积中所包含的功能量。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。因为在给定的频率下超声波的波长要小得多，因为声速比光速小得多，所以研究小组使用超声波来为设备供电和无线通信。他们在芯片上直接制造了用于超声波通信和供电的“天线”。
该芯片是整个可植入/可注射微尘，没有额外的封装，是在台湾半导体制造公司制造的，并在哥伦比亚纳米倡议洁净室和纽约城市大学高级科学研究中心(ASRC)纳米制造设施中进行了额外的工艺修改。
谢泼德评论道，“这是‘超越摩尔’技术的一个很好的例子——我们在标准互补金属氧化物半导体上引入了新材料，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。”
Konofagou补充说，“随着新工具和技术的出现，超声在临床上的重要性不断增加。这项工作延续了这一趋势。”
该团队的目标是开发可以用皮下注射针注射到体内的芯片，然后使用ultraso und与体外的人交流，提供他们在当地测量的东西的信息。目前的设备可以测量体温，但该团队正在研究更多的可能性。
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