輸送藥物、監(jiān)測身體，MIT開發(fā)植入式設(shè)備！

隨著技術(shù)的發(fā)展，向人體體內(nèi)實現(xiàn)精準(zhǔn)的藥物輸送、準(zhǔn)確的檢測和控制已經(jīng)不是遙不可及的夢想。

麻省理工學(xué)院的研究人員與Brigham and Women醫(yī)院的科學(xué)家合作，開發(fā)了一種新的方式來為植入人體深處的設(shè)備進行供電并通信。這種裝置可以用來輸送藥物，監(jiān)測身體內(nèi)部的狀況，或者通過電-光刺激大腦來治療疾病。

植入設(shè)備由射頻波供能，而射頻波可以安全地通過人體組織。在動物試驗中，研究人員表示，射頻波可以為距離1米遠(yuǎn)、位于組織10厘米深處的裝置提供動力。

“盡管這些微型植入式裝置沒有電池，但我們現(xiàn)在可以在體外遠(yuǎn)距離與它們通信。這開辟了全新的醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，”麻省理工學(xué)院介質(zhì)實驗室助理教授、論文資深作者Fadel Adib說。

該論文將在8月份舉行的計算機機械協(xié)會數(shù)據(jù)通信特別興趣小組(Association for Computing Machinery Special Interest Group on Data Communication， SIGCOMM )會議上發(fā)表。

因為這些設(shè)備不需要電池，所以可以做的足夠小。在這項研究中，研究人員做了一個米粒大小的測試品，但他們預(yù)期還能夠做得更小。

“在不需要電池的情況下與系統(tǒng)進行通信將是一項重大進步。這些設(shè)備可以與各種傳感環(huán)境相兼容，也可以幫助輸送藥物。”哈佛醫(yī)學(xué)院Brigham and Women醫(yī)院(Brigham and Women’s Hospital，BWH )的助理教授Giovanni Traverso說，他是麻省理工學(xué)院Koch綜合癌癥研究所的研究附屬機構(gòu)的研究人員，也是這篇論文的作者。

論文的其他作者是介質(zhì)實驗室博士后馬云飛、介質(zhì)實驗室研究生羅志宏、Koch研究所和BWH博士后Christoph Steiger。

無線通信

可以被攝入或植入體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備為醫(yī)生提供了新的方法進行診斷、監(jiān)測和治療疾病。Traverso的實驗室目前正在研究各種可攝入的系統(tǒng)，用來輸送藥物、監(jiān)測生命體征和檢測胃腸道的運動。

在大腦中，可以輸送電流的植入型電極被用于一種稱為腦深部刺激的技術(shù)，該技術(shù)通常用于治療帕金森氏癥或癲癇。目前這種電極由植入皮膚的類似起搏器的裝置控制，如果使用無線電源，就可以去除這個植入皮膚的裝置。無線腦植入裝置還可以傳遞光信號，通過光遺傳學(xué)刺激或抑制神經(jīng)元活動，到目前為止，光遺傳學(xué)還沒有用于人類，但這種方法對于治療許多神經(jīng)疾病會很有幫助。

目前，植入式醫(yī)療設(shè)備自帶電池，占據(jù)了設(shè)備的大部分空間，且壽命有限，比如起搏器。Adib一直在設(shè)想更小的無電池設(shè)備，一直在探索用體外天線發(fā)射的無線電波為植入式設(shè)備進行供電的可能性。

到目前為止，這還很難實現(xiàn)，因為無線電波在通過身體時會有很大的損耗，所以最終太弱而無法提供足夠的能量。為了克服這一點，研究人員設(shè)計了一個他們稱之為“體內(nèi)網(wǎng)絡(luò)”( In Vivo Networking, IVN )的系統(tǒng)。該系統(tǒng)依賴于天線陣列，天線陣列發(fā)射一系列的無線電波，無線電波之間的頻率略有不同。當(dāng)無線電波傳播時，它們以不同的方式重疊和結(jié)合。在特定的時間點，當(dāng)波峰重疊時，就可以提供足夠的能量來驅(qū)動植入的傳感器。

“我們選擇的無線電波的頻率彼此間有些微小的差異，這樣的話在某個時間點，它們就會同時達(dá)到最高點。當(dāng)它們同時達(dá)到最高點時，就能夠達(dá)到為設(shè)備供電所需的最低能量。”Adib 說。

有了新的系統(tǒng)，研究人員不需要知道傳感器在體內(nèi)的確切位置，因為能量是通過大面積傳輸?shù)?。這也意味著他們可以同時為多個設(shè)備供電。在傳感器接收到大量的能量的同時，它們還接收到一個信號，讓它們將信息傳輸回天線。研究人員說，這種信號也可以用來刺激藥物的釋放、或用作電脈沖或光脈沖。

MIT的研究人員開發(fā)了一種新的技術(shù)，可以用來遙控“智能藥丸”釋放藥物。

實現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電

在豬身上進行的測試中，研究人員表明，他們可以將能量從身體外面一米遠(yuǎn)處，輸送到深入身體10厘米的傳感器上。如果傳感器非?？拷つw表面，它們可以從38米遠(yuǎn)的地方供電。

Adib表示:“要在體內(nèi)的植入深度和體外的能量傳輸距離之間針對實際情況進行權(quán)衡”。

研究人員現(xiàn)在正致力于提高電力輸送的效率，并讓電力輸送設(shè)備距離更遠(yuǎn)。研究人員說，這項技術(shù)也有望改善RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，例如庫存控制、零售分析和“智能”環(huán)境，允許更長距離的物體追蹤和通信。