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    芯片上的一肺心超级传感器比瓢虫小

    散步时,妇女的一呼吸略微变浅,衣服上的一监视器提醒她进行远程医疗检查 。一项新的一研究详细说明了一个比瓢虫小的一传感器芯片如何记录多个肺和心脏信号以及人体运动,并可以启用这种将来与社会隔离的一健康监护仪 。

    佐治亚理工学院的一研究人员开发的一芯片的一核心机制涉及两层精细制造的一硅层,硅层彼此重叠,相隔270纳米的一空间-大约是人发的一宽度的一0.005 。它们带有微小的一电压 。

    身体运动和声音产生的一振动使芯片的一一部分处于通量状态,从而使电压也产生通量,从而产生了可读的一电子输出 。在人体测试中,该芯片清晰地记录了来自肺和心脏的一机械运转的一各种信号,这些信号通常无法通过当前的一医疗技术进行有意义的一检测 。

    “目前,医学依靠心电图(EKG)获取有关心脏的一信息,但是心电图只能测量电脉冲 。心脏是一个机械系统,其肌肉在抽动,瓣膜打开和关闭,发出声音和运动的一信号,这是心电图机无法检测到的一 。心电图机也对肺功能一无所知 。”佐治亚理工学院电气与计算机工程学院的一肯·拜尔斯教授Farrokh Ayazi说 。

    听诊器-加速度计组合

    该芯片可作为一种先进的一电子听诊器和加速度计,被恰当地称为加速度计接触式麦克风 。它可以检测到从体内进入芯片的一振动,同时避免了分散到机芯外部的一噪音,如空气传播的一声音

    “如果它在我的一皮肤或衬衫上摩擦,它不 会听到摩擦,但是该设备对来自体内的一声音非常敏感,因此即使在穿衣服时也能吸收有用的一振动,” Ayazi说 。

    检测带宽非常大-从广泛的一扫掠运动到难以听见的一高音调 。因此,传感器芯片会立即记录心跳,遍及人体组织的一脉搏波,呼吸频率和肺音的一所有细节 。它甚至可以跟踪穿戴者的一身体活动,例如步行 。

    信号被同步记录,有可能提供患者心脏和肺部健康的一全景 。在这项研究中,研究人员成功录制了“疾驰”声,这是心跳“ lub-dub”之后的一第三种微弱声音 。疾驰通常是心力 衰竭的一难以捉摸的一线索 。

    研究人员于2020年2月12日在npj Digital Medicine杂志上发表了他们的一研究结果 。该研究由乔治亚研究联盟,国防高级研究计划局(DARPA),美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院资助 。研究合著者,埃默里大学(Emory University)的一心脏病专家Divya Gupta医师合作对人类参与者进行了芯片测试 。

    真空密封

    数十年来,医学研究一直试图更好地利用人体的一机械信号,但是记录某些信号(如穿过多个组织的一波)已证明是不 一致的一,而其他信号(如疾驰)则依赖于受人为错误影响的一临床医生的一技能 。新芯片产生高分辨率,量化的一数据,将来的一研究可以将其与病理学相匹配,以便识别它们 。

    Ayazi说:“我们已经在努力 收集与病理学相匹配的一大量数据 。我们设想在未来的一算法中,可能会实现广泛的一临床读数 。”

    尽管该芯片的一主要工程原理很简单,但使其工作并随后可制造需要Ayazi的一实验室花费了十年时间,这主要是由于硅层(即电极)之间的一间隙的一Lilliputian规模 。如果将2毫米乘2毫米的一传感器芯片扩展到足球场的一大小,则该气隙将约为1英寸宽 。

    Ayazi说:“分隔两个电极的一非常细的一间隙甚至不 能通过两层之间的一空气中的一力 进行任何接触,因此整个传感器都被密封在真空腔内 。”“这使得独特的一超低信号噪声和带宽广度成为可能 。”

    通过衣服检测

    研究人员使用了Ayazi实验室开发的一一种称为HARPSS +平台(高长宽比的一多晶硅和单晶硅)的一制造工艺进行批量生产,先从手工尺寸的一薄板中切出,然后切成微小的一传感器芯片 。HARPSS +是第一个报道的一大规模制造工艺,可实现如此始终如一的一细小间隙,并且使许多先进的一MEMS或微机电系统实现了高产量的一制造 。

    该实验设备目前由电池供电,并使用称为信号调节电路的一第二个芯片将传感器芯片的一信号转换为图案化的一读数 。

    可以将三个或三个以上的一传感器插入胸带中,以对健康信号进行三角测量以找到其来源 。有一天,设备可能会通过其在血液中产生的一湍流来查明正在出现的一心脏瓣膜缺损,或者通过肺部微弱的一crack啪声来识别癌变病变 。

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