首款可通过磁场远程编程和充电的神经植入装置问世

美国莱斯大学的工程师们推出了第一款可通过磁场远程编程和充电的神经植入装置。该成果有望使脊髓刺激装置等嵌入式设备更具可行性。这个集成的微系统被称为磁电神经植入物（MagNI），它包含的磁电传感器能够让芯片从外部交变磁场获取能量。MagNI的开发是癫痫或帕金森氏症患者的福音。相关成果已在国际固态电路会议中发布。

电子与计算机工程助理教授Kaiyuan Yang说：“我们首次证实，可以利用磁场驱动植入物，并对其编程。我们通过将磁电传感器与互补金属氧化物半导体（CMOS）技术相结合，打造了新的生物电子平台。对传感和信号处理任务而言，CMOS的性价比非常高。与目前应用的超声波、电磁辐射和感应耦合等刺激方法相比，MagNI的优势非常明显。”

Yang解释说，人体组织不会吸收磁场，磁场也不会对组织产生热效应。虽然超声波也不存在热效应问题，但它会反射到不同介质的界面上，例如头发、皮肤和骨骼。磁场不仅能够传递和控制信号，还不需要任何内部电压作为校准。

Yang等设计的原型设备以柔性聚酰亚胺材料为基板，基板上包含3个组件：2×4毫米的磁电薄膜、CMOS芯片和电容。研究人员测试了芯片在溶液、空气和模拟组织环境的琼脂中的性能，证实其具有长期稳定性。此外，研究人员还通过刺激水螅，进一步验证了设备的性能——他们观察到了水螅与芯片接触引发的生物收缩荧光信号。

目前，在第一代芯片中，能量和信号只能以一种方式流动。Yang的团队正在研究双向通信策略，以提高植入物的数据收集性能，拓宽应用范围。

原创编译：雷鑫宇 审稿：alone 责编：唐林芳

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美国赖斯大学的一个工程师团队推出了首款可编程并可通过磁场远程充电的神经植入物。

他们设计了MagNI（用于磁电神经植入物）的集成微系统包含磁电换能器。这些使芯片能够从人体外部的交变磁场中获取能量。原型设备的组件位于柔性聚酰亚胺衬底上，只有3个组件的：将磁场转换为电场的2×4毫米磁电薄膜、CMOS芯片和暂时存储能量的电容器。

通过将磁电换能器与CMOS（互补金属氧化物半导体）技术集成在一起，可为许多应用提供生物电子平台。CMOS功能强大，高效且价格低廉，可用于传感和信号处理任务。

该团队通过将芯片浸泡在溶液中并在模拟组织环境的空气和果冻琼脂中进行测试，成功地测试了该芯片的长期可靠性。并通过Hydra vulgaris验证了这项技术。Hydra vulgaris是一种类似于章鱼的微小生物。通过使用实验室的微流控设备限制水合，能够看到与生物接触到芯片而引起的收缩相关的荧光信号。 该小组目前正在对不同型号的设备进行体内测试。

在当前的芯片中，能量和信息只能以一种方式流动，但是Yang表示，该团队正在研究双向通信策略，以促进从植入物收集数据并实现更多应用。

MagNI的应用目标是对神经元进行可编程的电刺激，例如帮助癫痫或帕金森氏病患者。

研究发表在the International Solid-State Circuits Conference上。
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