• 2018/6/7

體內的微型植入物可實現無線供電,可大幅減小設備體積

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  體內的微型植入物可實現無線供電,可大幅減小設備體積

  據Eurekalert網站報道,來自於麻省理工學院的研究人員與佈裡格姆女子醫院的科學傢合作,開發瞭一種新的方式來為植入人體深處的設備供電和進行通信。這種裝置可以用來輸送藥物,監測身體內部的狀況,或者通過用電或光刺激大腦來治療疾病。

類風濕性關節炎為一種自體免疫疾病,係免疫功能失調,導至免疫系統攻擊到關節,造成多發性慢性關節炎,這種發炎除了造成關節疼痛,嚴重者可能會有關節變形,甚至影響生活功能。

  植入體由射頻波供電,這種波可以安全地通過人體組織。在動物試驗中,研究人員表明,這些波可以為距離1米遠、位於組織10厘米深處的裝置提供動力。

  “盡管這些微型植入式裝置沒有電池,但我們現在可以在體外遠距離與它們通信。這開辟瞭全新的醫療應用領域,”麻省理工學院媒體實驗室助理教授、論文作者法德爾·阿迪佈說,

  “因為它們不需要電池,所以設備可以很小。這項研究中我們測試瞭一粒米大小的原型,但預期它可以做得更小。”

  哈佛醫學院佈裡格姆和婦女醫院( BWH )助理教授喬瓦尼·特拉弗斯說:“能夠在不需要電池的情況下與這些系統進行通信將是一項重大進步。這些設備可以與傳感器實現反饋,也可以幫助藥物輸送。”

類風濕關節炎為一種自體免疫疾病,係免疫功能失調,導至免疫系統攻擊到關節,造成多發性慢性關節炎,這種發炎除了造成關節疼痛,嚴重者可能會有關節變形,甚至影響生活功能。

  可以被攝入或植入體內的醫療設備可以為醫生提供診斷、監測和治療許多疾病的新方法。特拉弗斯的實驗室目前正在研究各種可攝取系統,這些系統可以用來輸送藥物、監測生命體征和檢測胃腸道的運動。

  例如,在大腦中,輸送電流的可植入電極被用於一種稱為腦深部刺激的技術,該技術通常用於治療帕金森氏癥或癲癇。這些電極現在由植入皮膚下的起搏器狀裝置控制,如果使用無線電源,這種裝置可以被消除。無線腦植入還可以幫助傳遞光,通過光遺傳學刺激或抑制神經元活動,到目前為止,光遺傳學還沒有被用於人類,但可以用於治療許多神經疾病。

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  目前,植入式醫療設備(如起搏器)自帶電池,占據瞭設備的大部分空間,並且壽命有限。設想更小、無電池的設備,一直在利用體外天線發射的無線電波,為自己提供無線供電的可能性,將是一件多麼有趣的事情。

  到目前為止,這是很難實現的,因為無線電波在通過身體時會消散,所以它們最終太弱而無法提供足夠的能量。為瞭克服這一點,研究人員設計瞭一個他們稱之為“體內聯網”( IVN )的系統。該系統依賴於發射頻率略有不同的無線電波的天線陣列。當無線電波傳播時,它們以不同的方式重疊和結合。在波的高點重疊的某些點,它們可以提供足夠的能量來驅動植入的傳感器。

  “我們選擇瞭彼此略有不同的頻率,在這樣做的時候,我們知道在某個時間點,這些頻率將同時達到最高點。當它們同時達到最高點時,它們能夠克服為設備供電所需的能量閾值。

  因為能量是通過大面積傳輸的,有瞭新的系統,研究人員不需要知道傳感器在體內的確切位置,這也意味著他們可以同時為多個設備供電。在傳感器接收到突發功率的同時 ,它們還接收到一個信號,告訴它們將信息中繼回天線。研究人員說,這種信號也可以用來刺激藥物的釋放、電脈沖或光脈沖。

  在豬身上進行的測試中,研究人員表明,他們可以將能量從身體外面一米處輸送到身體10厘米深的傳感器上。如果傳感器非常靠近皮膚表面,它們可以從38米遠的地方供電。

  研究人員現在正致力於提高電力輸送的效率,並將電力輸送到更遠的地方。研究人員說,這項技術也有潛力改善無線供電控制在其他領域的應用,例如庫存控制、零售分析和“智能”環境,允許更長距離的物體跟蹤和通信。

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