Åpne den gjennomsnittlige bærbare datamaskinen, og du vil se to ting: en prosessor på omtrent en halv dollar og de relativt massive delene som trengs for å få strøm til det - spesielt er batteriet.
Det samme gjelder elektroniske medisinske implantater, for eksempel pacemakere. Men inne i menneskekroppen er det ofte ikke rom for en stor strømpakke. Så et team av forskere, ledet av Ada Poon, en assisterende professor i elektroteknikk ved Stanford University School of Engineering, har utviklet en måte å trådløst lade enheter implantert inne i kroppen - slik at medisinsk utstyr er så lite som et riskorn.
Teamets ladesystem er en riff på teknologien som brukes til å drive elektriske tannbørster, smarttelefoner og andre små enheter. I disse oppsettene går elektrisitet gjennom en spole i en strømkilde, og skaper et elektromagnetisk felt. En tilsvarende spole i enheten selv samler energi fra det feltet, som induserer en strøm som kan drive enheten eller lade et batteri. Denne typen bølger, kjent som "nærfeltet", kan imidlertid ikke reise veldig langt eller passere gjennom vev.
Selv om det er plass til en pacemaker med en batteripakke nær hjertet, gir andre deler av kroppen mindre areal å jobbe med. I hjernen er det for eksempel ikke rom for at et implantat kan sitte rett på et behandlingssted. I stedet må legene plassere det der det er et relativt åpent område, for eksempel på baksiden av nakken, og bruke ledninger for å nå målet.
"Vi er på ingen måte de første som driver med trådløs strømforsyning for medisinske implantater, " forklarer John Ho, en doktorgradsstudent som var medforfatter av studien. “[Implantater brukes] til ting som cochlea-implantater, men selve [strømkilden] må være ganske stor og implantatet må være veldig grunt. De kan ikke nå de viktige stedene i kroppen, som hjertet eller hjernen. ”
Derfor har Poon sitt arbeid som mål å utforske hvordan man bruker ”biologisk vev til å transportere energi, ” sier hun. Hennes elektroniske implantat på 2 mm for 3 mm drives gjennom kroppen med en kilde med kredittkortstørrelse (uavhengig) på utsiden.
Hennes team fant en unik metode for å manipulere bølgene slik at de forplanter seg og passerer gjennom levende vev. Strømkilden genererer nærfelt-elektromagnetiske bølger med et bestemt mønster. Når pulsen treffer og samhandler med levende vev, blir de en ny type bølge, kalt "midtfelt." "Når du plasserer [vår kraftkilde] over kroppen, konverterer vevets egenskaper faktisk bølgene, " sa hun forklarer.
Implantatet er en del av en klasse medisinske terapier som kalles elektrokemikalier.
Mange av kroppens funksjoner har elektrisk karakter, så et elektronisk implantat plassert nær en nervefiber kan gi små pulser som gir en mer målrettet terapi enn medisiner, som virker globalt.
"Vi ønsker å se om elektronikk kan brukes til å behandle sykdommer som et supplement til medikamentell terapi eller som en erstatning for medisinbehandlingen, " sier Poon
Metoden virker så langt trygg. Teamet var i stand til å overføre kraft til et implantat hos en gris - et dyr som ligner et menneske i målestokk - og satte tempoet for en kaninhjerte. Og et uavhengig laboratorium i Bay Area fant ut at radiobølgene som produseres av Poon's system ikke er farligere enn en mobiltelefon.
Hun håper å starte menneskelige forsøk innen et år. De første forsøkene vil fokusere på smertehåndtering. Men Ho sier at det bare er toppen av isfjellet; teamet jobber med laboratorier ved universitetets medisinske skole for å finne potensielle bruksområder for andre forhold, som kan inkludere epilepsi, Parkinsons eller urininkontinens.
Det vil gå flere år før et system som Poon's vil nå medisinsk utstyr til forbrukerne. Men scenen for en ny epoke av elektronisk medisin har helt sikkert blitt satt.
