说起超声波扫描仪,你可能会想到那种花费数十万才能配置的机器,大个儿,占着半间房,当然还得配上合格的技师。加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC)的科学家取得了一项突破,他们用聚合物树脂替代压电晶体,制成称为polyCMUT的微型振动鼓,用作换能器。这一成果让超声波设备的制造更简单、更便宜。
超声波装置的一般原理,是利用压电晶体作为换能器。换能器对电流作出响应,快速改变形状,从而发生振动。振动产生的超声波发射到身体内,到达组织器官的边界反弹回来。压电晶体又将返回的声波转换成电流,电流再被处理成图像,于是显现了组织器官的状况。
“换能器的振动鼓通常由坚硬的硅材料制成,制造工艺花费昂贵,环境控制的要求也颇高,阻碍了它在超声方面的应用。”UBC研究的主要作者、电气和计算机工程博士生卡洛斯·吉拉尔多说,“我们借助聚合物树脂,以较少的制造步骤,动用最少量的设备制成polyCMUT,显著降低了成本。”
研究团队在随后的实验中测试了新设备产生超声图像的效果,结论是清晰度至少能与原先的压电换能器比美。这种“创可贴超声波机”只耗用很少的电力;它还是轻盈柔软的,意味着在医学领域开辟了新的可能性,比如整合到衣服中。
吉拉尔多说:“我们的设备在10伏特电压下就能工作,所以能由智能手机供电,适合在远离电网或供电不佳的地区使用。我们的换能器还有刚性超声探头没有的优点,它可能构建成柔性材料,缠绕到身体上,便于贴近扫描,实现更详细的观察,还不会增加成本。”
论文作者之一的罗伯特·罗林说:“你可以将这些传感器小型化,用来观察你的某根动脉或静脉;可以贴在胸前,在平时对心脏进行持续监测。它开启了许多可能性。”
最近,我们陆续看到一些有望“重新发明超声波”的方法,比如用价值2000美元的设备在iPhone上显示超声波图像。UBC团队则表示自己能将成本降低到100美元。他们正在制作便携式超声波样机,以便临床测试,并探索新技术的潜在用途。
该研究发表在《自然微系统与纳米工程》杂志上。