♨️ 🤐 ❗️ 植入技术的历史。微机电系统 🛐 🙏🏼 🚶🏼

微机电系统（MEMS）是一类使用微处理工艺制造的微型设备和系统。创建MEMS的主要标准是尺寸。通常不超过1毫米。 MEMS技术是相对流行的技术领域的先驱，该领域的设备尺寸始于100纳米。

术语MEMS最初是指在设备的电气和机械区域之间起作用的微型传感器和致动器。逐渐地，该术语与MEMS本身一起发展，并涵盖了使用微机械加工制成的各种微型设备。

类似地，术语“ 生物医学微机电系统 ”用于指代用于生物和医学应用的微器件生产的科学和技术。这些包括生物医学传感器，植入物，显微外科手术器械和其他设备。William Shockley，John Bardin和Walter Brattain在1947年

发明了点晶体管，从而触发了MEMS的诞生。第一个晶体管的尺寸为1.3厘米，比当前的晶体管大得多。现代技术使您可以创建直径约为1纳米的晶体管。 1954年，K.S。史密斯发现并描述了压阻效应

-在机械负载的影响下半导体或金属电阻的变化。与压电效应不同，压阻效应仅引起电阻变化，而不引起电位变化。

实验结果表明，硅和锗比金属对空气或水的压力更敏感。许多MEMS器件（例如应变仪，压力传感器和加速度计）在硅中使用压阻效应。

在半导体中发现这种效应是硅基压力传感器工业化生产的开始。 1959年，Kulite率先将其生产投入生产。

在制造晶体管时，工程师面临尺寸限制。每个晶体管都必须连接到其他电子设备。然后需要一种可以容纳晶体管，电阻器，电容器和连接线的东西。一种这样的衬底将允许创建微型设备。

因此，在1958年，两个人互相独立地组装了一个集成电路，这两个人是美国德州仪器公司的杰克·基尔比和飞兆半导体公司的罗伯特·诺伊斯。 Kilby的电路由一个晶体管，三个电阻和一个锗晶体上的电容组成-所谓的“固态电路”。噪声的方案称为“单一”，是在硅晶体上制成的。

Kilby计划

1964年，公司西屋电气已组装了第一批生产的MEMS。在称为谐振门晶体管的设备中，组装了机械和电子组件。晶体管起着一种频率滤波器的作用-它传递了一定范围内的电信号。

MEMS的第一个商业应用不久就出现了：在70年代，IBM实验室的Kurt Peterson 组装了一个微机械压力传感器，该传感器用于血压传感器。

1993年，ADI公司成为第一个量产MEMS加速度计的公司。它们中的大多数被用于汽车行业，但多年来，它们的范围已扩展到自动导航系统，游戏控制器以及移动和计算机系统。

MEMS技术的应用领域

在存在的最初几年中，MEMS技术在许多科学领域都发生了革命性的变化，包括力学，声学，光学等。随着时间的流逝，独特的解决方案和产品出现在化学，生物和医学领域。MEMS已渗透到家用电器和电子产品，汽车，生物医学和航空航天行业。

压力传感器

1980年代在生物医学行业中使用的第一批微机电设备是可重复使用的血压传感器。现代的MEMS压力传感器可测量眼内，颅内，子宫内压力，并在血管成形术中使用。

根据WHO，青光眼是白内障之后第二大最常见的失明原因。植入式压力传感器可以连续监测青光眼患者的眼内压。在健康的眼睛中，压力保持在10-22 mmHg的范围内。异常高压（> 22 mm）及其波动被认为是青光眼发展的主要危险因素。

这种疾病通常在没有任何明显症状和疼痛的情况下发生，但可能导致视神经不可逆转和无法治愈的损害。如果不及时治疗，周围的视力会受累，有时会完全失明。

测量IOP的传感器之一如下所示。它是带有MEMS压力传感器元件的一次性隐形眼镜。该传感器包括一个天线环（金环），一个专用微处理器-一个2x2 mm芯片和应变计，用于响应眼压变化来测量角膜曲率。天线回路从外部监视系统接收功率，然后将信息传递回系统。

惯性传感器

MEMS加速度计用于除颤器和起搏器。患有快速或混乱的心pit的患者通常处于心力衰竭或心脏病发作的最高风险中。

起搏器通过将电脉冲传输到心脏来支持正常的心跳。现代设备使用MEMS加速度计，可根据患者的身体活动来调整心率。

此外，MEMS惯性传感器-加速度计和陀螺仪-被用于开发iBOT Mobility System中最不常见的轮椅之一。多个传感器的组合使用户可以控制轮椅并调节座椅的高度，从而迫使婴儿车在两个轮子上保持平衡。因此，坐在轮椅上的人可以与其他人面对面地互动。

测量传感器

换能器已发现其在助听器中的应用。这些电声设备用于接收，放大声音并将声音导入耳朵。因此，助听器补偿了听力损失并使音频信号对用户更可见。

据统计，部分或全部听力损失的人中有80％不安装助听器。原因通常是不愿承认与佩戴助听器的误解有关的听力损失和社会定型观念。根据这些数据，许多制造商正在将精力和金钱投入到使设备小型化的同时，这并没有损害性能。

与传统解决方案相比，MEMS技术可以减少尺寸，成本和功耗。因此，例如，体积仅为7.3 mm3的Analog Devices包括适用于助听器的MEMS麦克风。

微流体动力系统

微观流体力学是科学知识的领域，它检查小体积和流体流动的行为。典型的微流体动力学系统包括：针，通道，阀，泵，混合器，过滤器，传感器和水箱。

这种系统通常用于在患者床边进行医学检查。此类测试和分析在发展中国家中起着特殊的作用，那里的医院有限，治疗费用昂贵。诊断性微流体动力系统使用体液（唾液，血液或尿液样本）预先准备要进行分析的样本，检测物质样本中所需的成分以及分析数据并显示结果。最广泛使用的微流体动力学系统之一是妊娠试验。

此外，这些系统还用于将药物输送到特定的人体器官。因此，借助微针进行经皮给药。也有植入式输送系统（胰岛素泵，带药物的支架）和直接式药物输送系统（微颗粒和纳米颗粒）。

2012年，针对糖尿病患者，开发了特殊的胰岛素输送系统JewelPUMP。第一个版本安装在一次性皮肤贴片上，可为人体提供持续的胰岛素供应。整个系统仅重25克，最多可容纳5000单位胰岛素，连续7天就足够了，无需额外补充或更换。

微机械针

现代微处理技术允许制造小于300微米的针，这是传统处理方法的局限性。典型地，MEMS微针的长度小于1mm。它们用于药物输送，生物医学信号记录，液体采样，癌症治疗和微透析。

通常，此类微针会集成到设备中，并与微通道系统结合使用。实心和空心微针是通过硅，玻璃，金属和聚合物的微加工制成的。它们具有各种形状-从圆柱到八边形。

通过硅的反应性离子蚀刻制成的固体微针。

显微外科器械

微创外科手术程序旨在通过执行非常小的切口甚至通过人体的自然开口进行手术，以提供疾病的诊断，监测或治疗。与传统的开放式手术相比，这种手术的优势在于疼痛更少，组织损伤和疤痕最少，手术后恢复快并且通常为患者降低了成本。

微创手术的一般程序包括血管成形术，导管插入术，内窥镜检查，腹腔镜检查和神经外科手术。基于MEMS的显微外科手术器械是微创外科手术中最合适的技术。

因此，为了进行旨在恢复通过阻塞动脉的正常血流的血管成形术，使用了心脏支架。它们通过导管引入血管中以扩张血管。支架有两种主要类型：金属支架和聚合物支架，聚合物支架又分为可吸收和不可吸收。显然，前者更具吸引力，因为它们可以在完成任务后溶解在体内。

自MEMS首次量产以来已经过去了50多年。在这段时间里，生物医学MEMS技术已经牢固地进入了我们的生活：借助它的帮助，有可能帮助残疾人，治疗严重疾病和进行安全的手术。由于新材料的创造和发现，该技术继续快速发展，这使得可以减小MEMS的尺寸，从而扩大其应用范围。