Новый способ питания имплантируемых устройств

Сегодня миниатюрное электронное устройство размером с рисовое зернышко можно имплантировать вглубь тела, чтобы лечить болезни и облегчать боль.

Благодаря стараниям инженеров Стэнфордского университета теперь найден способ снабжать энергией это устройство без проводов.

Ада Пун, преподаватель электоинжиниринга в Стэнфорде, на протяжении многих лет работала над тем, чтобы избавиться от громоздких батареек и систем для подзарядки – крупнейшего недостатка, который сдерживает развитие имплантируемых медицинских устройств.

В новом выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences она со своими коллегами сообщила о разработке и тестировании нового безопасного способа беспроводной передачи электроэнергии к миниатюрным медицинским устройствам внутри человеческого тела.

Они надеются, что эта технология приведет к настоящему перевороту в лечении большинства заболеваний – пациенты смогут использовать имплантируемые устройства вместо привычной медикаментозной терапии. Это могут быть миниатюрные водители ритма, стимуляторы нервов для борьбы с болью, а также устройства, которые ученые еще не могут себе представить.

Профессор Пун говорит: «Нам нужно сделать эти устройства как можно меньшего размера, и дать возможность имплантировать их глубоко в ткани, чтобы создать альтернативные методы лечения и борьбы с болью».

Чтобы протестировать свою беспроводную систему перезарядки, команда разработала водитель ритма размером с зернышко, который может без проводов питаться от внешнего зарядного устройства, похожего на обычную кредитную карточку.

Это достижение особенно важно по той причине, что все ранние методы подходили только для зарядки устройств, находящихся недалеко от поверхности кожи. Новая технология позволяет питать устройства, имплантированные на любую глубину.

«Существующие методы хранения, получения и передачи энергии требуют наличия крупных устройств, которые измеряются совсем не миллиметрами», - пишут изобретатели.

В основе нового изобретения лежит инженерный прорыв, позволяющий использовать новый тип передачи энергии, подобный тому, который применяют в мобильных телефонах. Излучение проникает вглубь тела, а тесты показывают, что система ведет себя хорошо при уровне излучения, абсолютно безвредном для человека.

Идея пришла, когда профессор Пун нашла способ смешивать два существующих метода – короткие и длинные электромагнитные волны, чтобы получить то, что исследовательница называет «среднепольными волнами» (mid-fieldwaves).

Короткие волны уже безопасно используются в беспроводных системах, таких как слуховые имплантаты. Но, как видно из их названия, они могут передавать энергию только на близкие расстояния, поэтому не подходят для медицинских устройств, вживляемых глубоко в ткани.

Длинные волны могут путешествовать на далекие расстояния, но при встрече с живыми тканями они или отражаются от них, или абсорбируются и генерируют тепло.

Профессор Пун смешала безопасность коротких волн с дальностью длинных волн, получив сигнал, имеющий преимущества первых и вторых. Она создала источник, который генерирует особый тип волн, которые легко путешествуют и по воздуху, и по тканям человека.

Ведущий автор исследования Джон Хо, научный сотрудник в лаборатории профессора Пун, написал: «С этим методом мы можем безопасно передавать энергию к миниатюрным устройствам в жизненно важных органах, таких как сердце или мозг, лежащим за пределами досягаемости современных устройств».

Профессор Пун и ее коллеги успешно  протестировали новое зарядное устройство на свинье и на кролике, которым вживляли специально сконструированный водитель ритма.

Теперь изобретатели планируют провести исследования на человеке. Но они не скрывают, что даже если испытания на людях пройдут успешно, технология станет доступной на рынке только через несколько лет, потому что требуется сделать много доработок и доказать эффективность и безопасность новинки.

Как бы то ни было, новое открытие может породить целое поколение программируемых микроимплантатов. Это могут быть различные сенсоры, которые отслеживают жизненные функции глубоко в теле. Это могут быть стимуляторы нервов, которые изменяют идущие к мозгу сигналы. Это даже могут быть микроскопические диспенсеры, которые распределяют лекарственные вещества непосредственно в больных тканях. Такие альтернативы ученые уже окрестили «электроцевтическим лечением» (electroceuticaltreatments).

В последнее время появляется очень много новых имплантируемых медицинских устройств. Например, в этом году ученые из Огайо сообщили об имплантируемом устройстве, которое можно использовать для лечения обструктивного апноэ сна у пациентов с сердечной недостаточностью. Новинку представил автор пилотного исследования профессор Уильям Абрахам (William Abraham) из Университета штата Огайо на ежегодной встрече Европейского общества кардиологии.

medbe.ru