生物电子|IMEC在美国防部支持下合作研发世界首个薄硅可植入芯片，可用于高精度触觉义肢

比利时微电子研究中心（IMEC）宣布其已成功研制出可植入芯片原型，可给病人对其义肢更多的直觉控制，其上电极密度达到世界最高水平。

资金和合作

2015年7月，美国国防先期研究计划局（DARPA）“触觉”（HAPTIX）项目为美国佛罗里达州大学提供270万美元的项目资金，支持开展为期18个月的研究。美国佛罗里达州大学将该研究命名为“印象”（IMPRESS），IMPRESS项目的全称是“植入式多模式周围和仿真系统”，目标是为未来触觉义肢技术产生闭环系统，并与IMEC共同开展了此项研究。

项目介绍

HAPTIX项目属于DARPA生物技术办公室，全称是“手部本体感受和接触接口”，目标是研发可用于人类、完全可植入的接口系统，能够支持不同种族截肢者控制和感知先进的多功能义肢。HAPTIX开始与2015年初。后续HAPTIX还有望对美国佛罗里达州大学继续提供270万美元的合同开展为期12个月的研究。

研究背景

当前，义肢技术已经可让病人具备移动其人造胳膊和手掌来抓取和操控物品的能力。这通过读取病人的肌肉或周围神经信号来控制义肢中的电子马达以此表达意图。尽管非常有帮助，这些义肢并不能实现精确的马达控制，并且无法给予病人触觉的感受。

研究目标

IMEC团队正在研发中的未来先进义肢将为被截肢者提供丰富的感知内容，通过使用嵌入的电极接口为病人的周围神经传送精确的电模式。佛罗里达州大学的IMPRESS项目主任、电子和计算机工程学院副教授Rizwan Bashirullah表示：“该工作的目标是产生这样新的周围神经接口，带有更多的信道数、电极密度和信息稳定性，该工作主要由IMEC的技术创新来实现”。

研究成果

作为IMPRESS研究的一部分，IMEC现已做出一个超薄（35um）芯片原型，具有生物兼容、密封和柔性封装。表面有64个电极，并可拓展到128个，如下图所示。该前所未有的高电极数可实现精细的仿真和记录。通过连接到芯片上的一个针尖，该封装可嵌入并连接在一个神经束中。现有技术电极数要少得多，并在卷曲在神经束中，因此新技术与现有技术相比能够增加读出和仿真的精度。

图为IMEC所研发的薄硅可植入芯片

技术核心

IMEC的项目主管Maaike Op de Beeck说：“我们使用了一个新的生物兼容的芯片封装技术，基于带有卓越扩散层特性的纳米层的层叠技术，其中相间有带有优异机械特性的超薄聚合物层。最终的结果是实现了一个超薄柔性电子器件，厚度与人类头发相当，因此最终适用于最小化入侵式植入”。

意义

IMEC的解决方案将给予病人对其义肢和手掌更多的控制，以及提高更敏感触觉反馈的可能性。

评价

IMEC的IMPRESS项目经理和研发主管Dries Braeken说：“我们在硅神经接口领域的专业知识使得IMEC成为该计划最适合人选，我们也因此在下一代触觉义肢的研究中获得一个重要里程碑。这些接口允许实现更高电极密度和超越此前其他技术的更高的记录和仿真灵活性。当该原型和项目第一阶段完成时，我们将在下一阶段中使得该原型进行长期植入研究和测试”。