- 頭部和心臟：加州大學圣地亞哥分校的工程師設計神經和心臟傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2022/2/18
加州大學圣地亞哥分校的電氣工程系宣布了多項壯舉，從神經傳感器網格到 PMIC 創新。
最近，加州大學圣地亞哥分校 (UCSD) 的研究人員發表了關于電生理設備和電源管理集成電路 (PMIC) 等領域的研究。其中一些正在進行的工作將如何影響專業電氣工程和醫療領域的行業？
使用新型傳感器網格進行腦信號處理
鉑納米棒網格 (PtNRGrids) 是納米級鉑棒，研究人員將其整合到腦電圖設備中，該設備使用大腦皮層上的電極測量大腦中的電活動。據說 PtNRGrids 提供相對更高的空間分辨率和皮層覆蓋率，以比傳統的鉑基傳感器更有效地監測大腦信號。與現有的鉑傳感器不同，PtNRGrids 具有更大的感應表面積，使其對大腦活動（例如神經元放電）更加敏感。
這些納米級網格是UCSD 最近關于腦信號記錄和處理的研究的基礎。皮層電圖（或 ECoG）是神經外科醫生在對藥物和其他形式的治療免疫的患者執行敏感的醫療程序（例如腦腫瘤切除和癲癇治療）時利用的工具。在手術過程中，外科醫生在大腦表面整合了幾個傳感器網格來記錄大腦活動。
PtNRGrids 嵌入在稱為聚對二甲苯的柔性生物相容性基板上。圖片由UCSD提供
傳統 ECoG 網格的一個關鍵挑戰是傳感器數量少，這限制了神經外科醫生識別由于腫瘤和其他神經系統問題引起的有缺陷的大腦區域的精確度。然而，通過由 UCSD 工程師、神經外科醫生和醫學研究人員組成的團隊開發的新型 PtNRGrid，神經外科醫生可以獲得比目前用于腦信號監測的更高的 ECoG 網格分辨率。
UCSD 新聞稿解釋說，這種高 ECoG 網格分辨率旨在更好地保護正常功能的腦組織，同時在復雜的腦外科手術中消除有缺陷的腦組織。研究小組通過利用鉑基納米棒的能力對傳統的 ECoG 網格進行了這些改進。
網格密集地擠滿了 1,024 或 2,048 個嵌入式 ECoG 傳感器。圖片由UCSD提供
該團隊使用一種稱為聚對二甲苯的柔軟、透明且高度靈活的基板，將數千個 PtNRGrid 嵌入彼此接近的位置。這種基質減少了顯著的電干擾，提高了信號質量，并穩定了 PtNRGrid 與大腦表面的連接。最后，研究人員制造了帶有環形小孔的網格，使網格能夠安全地置換脊髓液，從而在大腦表面和傳感器網格之間形成更好的界面。
彈出式傳感器在創紀錄的時間內檢測心臟病
加州大學圣地亞哥分校的另一組研究人員最近宣布發現了一種彈出式電子傳感器，該傳感器可以通過監測單個和多個心臟細胞的行為來有效檢測心臟病。該傳感器插入細胞而不會對它們造成任何損壞，以檢測內部和外部電信號的存在。然后，它測量它們在單個心臟細胞、多個心臟細胞之間以及 3D 組織細胞內的行進速度。
借助這種傳感器，心臟病專家可以通過檢測不同細胞之間的不規則信號傳播來更有效地診斷心臟病，例如心臟病發作、心律失常和心臟纖維化。
彈出式傳感器與心臟細胞接口的圖示。圖片由UCSD提供
研究人員將一組 3D 微觀場效應晶體管 (FET) 納入其新傳感器設備的設計和制造中。他們還通過在磷脂雙層中摻雜 FET 來考慮安全性，消除了身體將它們視為外來物質的可能性。
根據他們在Nature Nanotechnology上發表的文章，該團隊首先將 FET 制造成 2D 形狀，將形狀的特定點粘合到預拉伸的彈性體片材上，然后松開片材，從而構建了 3D FET 陣列。這個過程導致了一個彎曲的器件，并導致 FET 折疊成一個 3D 陣列結構，可以很容易地穿透細胞。
2D FET 形狀彈出到 3D FET 陣列結構。圖片由UCSD提供
雖然該設備是專門為心肌細胞和心臟組織設計的，但該團隊認為它可以監測各種細胞結構中細胞器之間的電信號，使其可能用于新藥測試。
PMIC 研究合作
除了在醫療技術方面的進步外，加州大學圣地亞哥分校最近還宣布成為電源管理集成中心 (PMIC) 的成員。該中心是更大的產學合作研究中心 (IUCRC) 計劃的一部分，該計劃專注于電力電子的性能。為此，UCSD 和達特茅斯正在與其他行業參與者合作，包括英飛凌科技、Analog Devices、英特爾、高通和 Allegro MicroSystems。
該合作伙伴關系的目標是設計和創建電路拓撲，并以最大限度地提高效率并最大限度地減少設備占地面積和成本的方式應用能量存儲。該中心打算使用下一代設備來提高包括消費、汽車和工業在內的多種電子應用的系統可靠性、穩健性和性能。
由 PMIC 博士資助 學生 Ziyu Xia 展示了他的項目“An Integrated 5:1 DC-DC converter”。圖片由 Andrila Hait 和達特茅斯大學提供
此外，該中心旨在促進與行業需求相關的研究合作，包括開發具有高效率和功率密度的電源管理 IC、分立電源轉換器和電路拓撲。該中心還希望為小型無源元件的高頻操作設計、優化和控制更廣泛的轉換器架構。
PMIC 計劃利用成員機構的金融投資來開發知識庫和勞動力，從而在短期和長期基礎上提高電力電子的能力。
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