Откройте средний ноутбук, и вы увидите две вещи: процессор размером с полдоллара и относительно массивные детали, необходимые для его питания, в первую очередь аккумулятор.
То же самое касается электронных медицинских имплантатов, таких как кардиостимуляторы. Но внутри человеческого тела часто нет места для большого блока питания. Таким образом, команда исследователей во главе с Ада Пун, доцентом электротехники в Школе инженерии Стэнфордского университета, разработала способ беспроводной зарядки устройств, имплантированных в организм, с учетом медицинских устройств, таких как рисовое зерно.
Система зарядки команды - это технология, используемая для питания электрических зубных щеток, смартфонов и других небольших устройств. В этих установках электричество проходит через катушку в источнике питания, создавая электромагнитное поле. Соответствующая катушка в самом устройстве собирает энергию от этого поля, которое индуцирует ток, который может питать устройство или заряжать аккумулятор. Этот тип волны, известный как «ближнее поле», однако, не может путешествовать очень далеко или проходить через ткани.
В то время как есть место для кардиостимулятора с батарейным блоком около сердца, другие части тела предоставляют меньше места для работы. Например, в мозгу нет места для имплантата, чтобы сидеть прямо на месте лечения. Вместо этого, врачи должны были бы разместить его там, где есть относительно открытая область, например задняя часть шеи, и использовать провода, чтобы добраться до места назначения.
«Мы ни в коем случае не первые люди, делающие беспроводное питание для медицинских имплантатов», - объясняет Джон Хо, аспирант, который стал соавтором исследования. «[Имплантаты] используются для таких вещей, как кохлеарные имплантаты, но сам [источник энергии] должен быть довольно большим, а имплантат должен быть очень мелким. Они не могут достичь важных мест в теле, таких как сердце или мозг ».
Вот почему работа Пуна направлена на изучение того, как использовать «биологическую ткань для переноса энергии», говорит она. Ее электронный имплантат размером 2 на 3 мм питается через тело, а снаружи находится источник размером с кредитную карту (заряжается независимо).
Ее команда нашла уникальный метод управления волнами, чтобы они распространялись и проходили через живые ткани. Источник энергии генерирует электромагнитные волны ближнего поля определенного типа. Когда импульсы ударяются о живые ткани и взаимодействуют с ними, они становятся волнами нового типа, называемыми «средним полем». «Когда вы помещаете [наш источник энергии] на тело, свойства вашей ткани фактически преобразуют волны», - говорит она. объясняет.
Имплантат является частью класса медицинской терапии, известной как «электрохимические препараты».
Многие функции нашего организма являются электрическими по своей природе, поэтому электронный имплантат, помещенный рядом с нервным волокном, может доставлять небольшие импульсы, которые обеспечивают более целенаправленную терапию, чем лекарства, действующие глобально.
«Мы хотим посмотреть, можно ли использовать электронику для лечения заболеваний в качестве дополнения к лекарственной терапии или в качестве замены лекарственной терапии», - говорит Пун.
Пока что этот метод выглядит безопасным. Команда смогла передать мощность имплантату в виде свиньи - животного, похожего на человека по масштабу, - и установила темп сердца кролика. И независимая лаборатория в районе залива обнаружила, что радиоволны, производимые системой Пуна, не более опасны, чем сигналы сотового телефона.
Она надеется начать испытания на людях в течение года. Первые испытания будут сосредоточены на управлении болью. Но Хо говорит, что это только верхушка айсберга; команда работает с лабораториями в медицинской школе университета, чтобы найти потенциальные применения для других условий, которые могут включать эпилепсию, паркинсонизм или недержание мочи.
Пройдет несколько лет, прежде чем такая система, как Poon's, достигнет потребительских медицинских устройств. Но сцена для новой эры электронной медицины, безусловно, была заложена.
