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台灣大學於ISSCC發表可植入人體傳遞藥物的SoC

上網時間: 2009年02月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:醫療用SoC  傳遞藥物  台灣大學 

台灣大學的研究人員在國際固態電路會議(ISSCC)上發表了一篇論文,描述一種醫療用的系統晶片(SoC),具備能植入人體提供藥物傳遞的功能,以藉由精密的控制來提升藥物治療的效果。

該植入式CMOS系統晶片集合了眾多無線控制/驅動電路,以及一個藥物傳遞陣列(drug delivery array),號稱是首款此類晶片。根據論文描述,SoC可釋放如nonapeptide leuprolide acetate、硝化甘油(nitroglycerin)等藥物,可應用於局部診斷或是癌症的治療,也可為心臟病患者提供即時處置。

此外研究人員也表示,該系統能透過微創手術植入人體,所具備的無線功能也可讓醫療人員對病患進行非侵入性治療。根據論文描述,這種SoC將提供在成本、尺寸與功耗條件上優於現有技術的方案,計劃以標準0.35微米CMOS製程技術生產,晶片面積為1.77×1.4mm2

至於裝置內的藥物儲存器則會以相容CMOS的後段IC製程來製造,可透過晶片上微控制器來尋址(addressable)。此外一個開關鍵(on-off-keying,OOK)無線電路也會整合在晶片中,用以接收外部的指令;一旦藥物儲存器收到無線指令,就會弄破藥物外覆蓋的薄膜,將之注入人體。

在ISSCC發表上述論文的台大研究人員代表Yu-Jie Huang表示,他們所研究將藥物外部薄膜弄破的機制,是加熱薄膜局部直到其破裂,溫度約在1,500 Kelvin。由於該溫度值很高,也讓人擔心與該裝置直接接觸的人體組織安全性;不過Huang指出,這種電活化(electroactivation)技術並非首次應用,也有先例證明這種溫度不會對人體組織造成損傷。

而Huang也強調,到目前為止,該裝置仍在實驗室研究階段,尚未進行活體實驗。

根據台大的論文,覆蓋在每個藥物儲存器外部的金屬薄膜會在藥物傳遞陣列上排列成圖案,用以導通電流到薄膜頂端。該種薄膜由多層次的鈦與白金組成,是在使用後段IC深層乾式蝕刻技術,從晶片背面形成藥物儲存氣孔洞時,透過相容CMOS的後段IC微影技術與剝離製程(lift-off processes)來實現。

該論文特別強調鈦與白金是相容於CMOS的,已被應用於標準CMOS製程製造金屬矽化物(metal silicides)或擴散障蔽層(diffusion barrier)。這些材料也是生物相容的,論文中也舉了一些在生物醫療材料刊物中發表的相關研究做為佐證。

此外該論文也提出了一種可充電的鋰離子奈米線電池(nanowire battery),容量為223mAh,用以作為藥物傳遞裝置的電源;此外還有一個能從外部擷取能源的微型(3×3mm2)螺旋電感,以及接收無線指令訊號的環形天線。整個藥物傳遞裝置能放進一個生物相容的PDMS封裝中。

在運作時,一個RS232規格的外部指令訊號會無線傳送到該SoC,並由OOK接收器接收解調;然後晶片上微控制器會根據解調後的指令,透過一個交換器把電流傳送到所選擇之藥囊外部薄膜,使其活化破裂並釋出藥物。研究人員表示,在進行活化的電流傳出後,從薄膜破裂到釋出藥物所需時間約50毫秒(milliseconds)。

(參考原文:Implantable drug-delivery SoC shows promise,by Dylan McGrath)





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