可植入人体传递药物SoC前景美好

      台湾大学的研究人员在国际固态电路会议(ISSCC)上发表了一篇论文，描述一种医疗用的系统芯片(SoC)，具备能植入人体提供药物传递的功能，以藉由精密的控制来提升药物治疗的效果。

      该植入式CMOS系统芯片集合了众多无线控制/驱动电路，以及一个药物传递数组(drug delivery array)，号称是首款此类芯片。根据论文描述，SoC可释放如nonapeptide leuprolide acetate、硝化甘油(nitroglycerin)等药物，可应用于局部诊断或是癌症的治疗，也可为心脏病患者提供实时处置。

      此外研究人员也表示，该系统能透过微创手术植入人体，所具备的无线功能也可让医疗人员对病患进行非侵入性治疗。根据论文描述，这种SoC将提供在成本、尺寸与功耗条件上优于现有技术的方案，计划以标准0.35微米CMOS制程技术生产，芯片面积为1.77×1.4mm2。

      至于装置内的药物储存器则会以兼容CMOS的后段IC制程来制造，可透过芯片上微控制器来寻址(addressable)。此外一个开关键(on-off-keying，OOK)无线电路也会整合在芯片中，用以接收外部的指令；一旦药物储存器收到无线指令，就会弄破药物外覆盖的薄膜，将之注入人体。

      在ISSCC发表上述论文的台大研究人员代表Yu-Jie Huang表示，他们所研究将药物外部薄膜弄破的机制，是加热薄膜局部直到其破裂，温度约在1,500 Kelvin。由于该温度值很高，也让人担心与该装置直接接触的人体组织安全性；不过Huang指出，这种电活化(electroactivation)技术并非首次应用，也有先例证明这种温度不会对人体组织造成损伤。

      而Huang也强调，到目前为止，该装置仍在实验室研究阶段，尚未进行活体实验。[page]

      根据台大的论文，覆盖在每个药物储存器外部的金属薄膜会在药物传递数组上排列成图案，用以导通电流到薄膜顶端。该种薄膜由多层次的钛与白金组成，是在使用后段IC深层干式蚀刻技术，从芯片背面形成药物储存气孔洞时，透过兼容CMOS的后段IC微影技术与剥离制程(lift-off processes)来实现。

      该论文特别强调钛与白金是兼容于CMOS的，已被应用于标准CMOS制程制造金属硅化物(metal silicides)或扩散障蔽层(diffusion barrier)。这些材料也是生物兼容的，论文中也举了一些在生物医疗材料刊物中发表的相关研究做为左证。

      此外该论文也提出了一种可充电的锂离子奈米线电池(nanowire battery)，容量为223mAh，用以作为药物传递装置的电源；此外还有一个能从外部撷取能源的微型(3×3mm2)螺旋电感，以及接收无线指令讯号的环形天线。整个药物传递装置能放进一个生物兼容的PDMS封装中。

      在运作时，一个RS232规格的外部指令讯号会无线传送到该SoC，并由OOK接收器接收解调；然后芯片上微控制器会根据解调后的指令，透过一个交换器把电流传送到所选择之药囊外部薄膜，使其活化破裂并释出药物。研究人员表示，在进行活化的电流传出后，从薄膜破裂到释出药物所需时间约50毫秒(milliseconds)。