Исследователи Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) совместно с учеными из Женской больницы Бригхама (Brigham and Women's Hospital) разработали новый способ зарядки и управления устройствами, имплантированными в организм человека. Такие аппараты могут использоваться для доставки лекарств, наблюдения за состоянием организма или лечения заболеваний стимуляцией электрическими или световыми импульсами.
Роль проводов играет радиочастотное излучение, которое может безопасно проходить через ткани человека. Теперь имплантируемые устройства могут стать еще меньше и компактнее, потому что им не требуются батареи. В настоящем исследовании был тестирован прототип размером с рисовое зерно, но, как пишут авторы, это далеко не предел.
Медицинские устройства, которые предназначены для работы внутри организма, обеспечивают новые способы диагностики, мониторинга и лечения многих заболеваний, а также для доставки лекарств.
Одним из методов лечения эпилепсии и болезни Паркинсона является глубокая стимуляция мозга. Она осуществляется электродами, которые управляются устройством, имплантируемым под кожу. С новой разработкой теперь в нем нет необходимости, процессом стимуляции можно управлять на расстоянии.
Разработка коснется и кардиостимуляторов, которые станут намного меньше, так как не будет необходимости помещать в них батареи.
Радиоволны, попав в организм, как правило, рассеиваются, и в конечном итоге они становятся слишком слабыми, чтобы обеспечить достаточную мощность. Но исследователи разработали систему, которую они назвали «In Vivo Networking» (IVN). Она работает благодаря массиву антенн, излучающих радиоволны с немного различающейся частотой. По мере прохождения через среды радиоволны перекрываются и накладываются друг на друга. В определенных точках, когда волны соединяются на наивысшей частоте, они генерируют энергию, достаточную для питания имплантированного датчика.
Для работы с IVN человеку необязательно знать точное местоположение имплантатов в теле, поскольку мощность передается на большой площади. Кроме того, можно одновременно подзаряжать несколько устройств. Вместе с импульсом мощности имплантаты также получают сигнал, требующий передать информацию на антенну. Исследователи говорят, что этот сигнал можно также использовать для стимулирования высвобождения лекарственного средства, электрического импульса или светового пучка.
Разработку протестировали на свиньях. Эксперименты показали, что радиочастотный сигнал IVN способен достигать датчика, расположенного в теле на глубине 10 сантиметров, с расстояния до одного метра. Если имплантат находится близко к поверхности, он принимает сигнал с расстояния до 38 метров.
В настоящее время исследователи работают над тем, чтобы обеспечить более эффективную передачу энергии на еще большие расстояния. Исследователи говорят, что эта технология также может улучшить применение радиочастотных приложений не только в медицине, но и других областях, где нужно отслеживать и передавать данные на большие расстояния.
Результаты будут доложены на конференции Ассоциации вычислительной техники SIGCOMM (Special Interest Group on Data Communication), которая состоится 20-25 августа 2018 года в Будапеште.
Статья Y. Ma et al. Enabling Deep-Tissue Networking for Miniature Medical Devices.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT News: Wireless system can power devices inside the body.
