Исследователи Стэнфорда разработали эффективную технологию беспроводной зарядки имплантов
Исследователям из Стэнфордского университета удалось открыть новый способ беспроводной зарядки электронных устройств, вживленных глубоко внутри тканей живых организмов, что, в свою очередь, может положить начало развитию сегмента встроенных датчиков и микроимплантатов, которые ранее казались невозможными.
Подробная статья о ходе и результатах работы была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) за 19 мая. В ближайшей перспективе обещан выход кардиостимуляторов, нервных стимуляторов и других существующих сегодня медицинских приборов, которые отличаются более компактными размерами и могут быть имплантированы более глубоко в ткани человеческого мозга и тела.
В настоящее время многие из вышеперечисленных устройств питаются от достаточно емких неперезаряжаемых батареек, которые хоть и обеспечивают устройствам относительно длительное время автономной работы, но в конечном итоге полностью разряжаются, после чего следует очередное хирургическое вмешательство. Другие оснащены перезаряжаемыми аккумуляторами, которые предусматривают использование большой приемной катушки (около 1 см в диаметре) на имплантате, что существенно ограничивает области их применения.
Новый подход получил название “система передачи электроэнергии среднего радиуса действия”. Данная система может передавать энергию к имплантатам, которые находятся глубоко в тканях живого организма.
«Все, что нам нужно – это тонкая пластина, которая заменит громоздкие катушки», – сообщила профессор Стэнфордского университета и руководитель проекта Ада Пун.
Исследователям удалось разработать приемную катушку шириной всего лишь 2 мм и заставить ее работать в паре с передающей металлической пластиной площадью 36 см².
В ходе экспериментов, в которых исследователи использовали ткани свиньи, с помощью металлической пластины они сумели передать до 2000 мкВт энергии через слой живой ткани толщиной 5 см. Эта энергия могла быть доставлена к сердцу или мозгу. Для сравнения, обычные кардиостимуляторы требуют около 8 мкВт энергии – всего 0,4% от общего количества энергии, генерируемой данной металлической пластиной.
Весь секрет инженеров кроется в форме пластины, а также свойствах, как самой металлической пластины, так и ткани, через которую она передает энергию. Эти факторы являются определяющими и могут направить энергию подобно тому, как это делает линза при передаче света от передатчика к приемнику, сводя потери энергии к минимуму.
Во втором эксперименте исследователям удалось продемонстрировать работоспособность системы на примере кролика. Имплантированный на глубину 5 см кардиостимулятор предоставлял возможность регулировать частоту сердцебиения животного. Ширина созданного исследователями имплантата составляла 2 мм, что в десятки раз меньше по сравнению с современными кардиостимуляторами. При этом система передавала энергию на уровне, который намного ниже установленных пороговых значений для человека.
«Мы можем представить себе 10-минутный процесс зарядки, который обеспечит микроимплантат энергией на целый месяц», – прокомментировала открытие Ада Пун.
В настоящее время исследователи готовятся к началу клинических испытаний системы на людях. Впереди долгие годы испытаний и дополнительных исследований, поэтому не стоит ждать быстрого появления коммерческих вариантов подобных систем.
Источник: Recode и Popular Mechanics
Перевод: ITC.ua
