Инженеры в Стэнфордском университете продемонстрировали, как крошечное, которым внешне управляют, приведенное в действие с помощью беспроводных технологий медицинское устройство,способный продвинуть себя через кровь, в образе, напоминающем о пленке 1966 года Фантастическое Путешествие, где микроскопическая субмаринаи научные члены команды вводятся в кровоток человека.Доцент и инженер-электрик Ада Пун возглавляют Poon Research Group в Школе Стэнфордского университетаРазработка. Она и ее команда преследуют новые способы использовать радиосвязь и технологии интегральной схемы в медицине.
Ранее в этом году, на Международной конференции по твердым схемам (ISSCC) в Сан-Франциско, перед аудиторией ее пэров,Пун представил исследование, предлагающее день, когда мы приглашены «глотать хирурга», как часть диагностического анализа может бытьближе, чем мы вообразили.Пун сказал в Стэнфордской коммуникации в марте:«Существует значительная комната для улучшения, и много работы остается, прежде чем эти устройства готовы к медицинским заявлениям.Но впервые в десятилетиях возможность кажется ближе чем когда-либо."
Маленькие имплантируемые медицинские устройства были вокруг некоторое время, но большинство из них ограничено ограничениями власти: ихбатареи являются большими и тяжелыми и должны быть заменены время от времени. Они поднимают почти половину размера устройства.Лаборатория Пуна развивает новый тип устройства, которое может быть внедрено или введено в тело и приведено в действие с помощью беспроводных технологий черезэлектромагнитные радиоволны, переданные удаленно снаружи тела. Требование никакой батареи или кабелей означает, что может быть маленькими незаложенный.
Соавтор исследования, Тереза Мэн, является преподавателем электротехники и также информатики в Стэнфорде. Она сказалав то время как технология имплантата стала опытной при сокращении электронных и механических деталей, аккумулирование энергии отсталопозади.«Это препятствует нам в том, куда мы можем поместить имплантаты в пределах тела, но также и создаем риск коррозии или обрывов провода, не купомяните, что заменили стареющие батареи», объяснила она.
Пун сказал, что такие устройства могли «коренным образом изменить медицинскую технологию» и предложить заявления от диагностики до минимально инвазивногохирургия. Постоянные версии включают устройства как насосы лекарственного средства, кохлеарные имплантаты, кардиостимуляторы, сердечные зонды и давлениедатчики.
Однако устройства как те, которые развивает лаборатория Пуна, разработаны, чтобы поехать через кровоток. Такое прикладное предложениемного использования, включая доставку лекарственных средств, анализ целевых мест, и возможно даже разбивающий тромбы или убивающий далеко бляшку в склеротическомартерии.Для его источника энергии устройство, что лаборатория Пуна продолжает работать, полагается на радио-передатчик, расположенный вне тела, чтобы послать ей сигналыв то время как это едет в теле.
Сигналы прибывают в крошечную намотанную проводную антенну устройства, магнитно соединяющуюся с корпусом устройства так, чтобы любойизменение в электрическом токе во внешнем передатчике вызывает напряжение в намотанном проводе, таким образом с помощью беспроводных технологий производя энергиюнеобходимый для толчка и работы устройства.Это простое описание противоречит проблемам, преодоленным, чтобы создать такое устройство.
Одна такая проблема включаетсяопрокидывание некоторых установленных предположений о поставляющей власти с помощью беспроводных технологий в человеческое тело.Большая часть математики позади моделей, проверяющих выполнимость того, чтобы заставлять электромагнитные волны создать энергию ввнедренное устройство предполагает, что человеческая ткань является хорошим проводником электричества и поэтому рассеяла бы высокочастотноерадиоволны, прежде чем они могли достигнуть такого устройства.Но когда Пун включил различное предположение, та человеческая ткань является диэлектриком, типом изолятора, уравнения работали.И фактически, как это оказывается, человеческая ткань является бедным проводником электричества, но потому что это имеет диэлектрический тип, это все еще позволяетрадиоволны, чтобы поехать через него.
Лаборатория Пуна также обнаружила, что человеческая ткань является диэлектриком «с низким уровнем потерь», большим преимуществом для их применения, потому что это означаетмало электромагнитного сигнала теряется на пути к внедренному устройству.И когда они включили свои новые предположения в уравнения, они сделали удивительное открытие: высокочастотное радиоволны едут гораздо дальше в человеческой ткани, чем оригинальные модели предлагали.Это не был так случай новой технологии, это было больше о помещении новой математики в технологию.
Они также обнаружили, что оптимальная частота для включения устройства с помощью беспроводных технологий была приблизительно в 100 раз выше, чем ранеемысль, которая составляет приблизительно 1 гигагерц.Реальная выгода этого открытия – то, что антенна могла быть приблизительно в 100 раз меньшей, чем ранее мысль, и все еще быть способнойиз генерации той же суммы власти для устройства. Антенна, которую Пун и коллеги показали на конференции, справедливадвухмиллиметровый квадрат, позволяющий ему ехать в человеческом кровотоке.Команда Пуна создала две прототипных версии: каждый движется в половину сантиметра в секунду и полагается на вождение электрическоготок непосредственно через питательную среду, чтобы продвинуть устройство; и другие ходы как кто-то плывущий на каяке, это размахивает стороной ксторона как ток, сгенерированный назад и вперед в проволочной петле, продвигает его вперед.
Фонды из Центра Центра C2S2, Olympus Corporation и Тайваньской Компании-производителя Полупроводника помогли плате заисследование.