Åbn den gennemsnitlige bærbare computer, og du vil se to ting: en processor på størrelse med en halv dollar og de relativt massive dele, der er nødvendige for at få det til strøm - navnlig batteriet.
Det samme gælder elektroniske medicinske implantater, såsom pacemakere. Men inde i den menneskelige krop er der ofte ikke plads til en stor strømpakke. Så et forskerhold, ledet af Ada Poon, en lektor i elektroteknik ved Stanford University School of Engineering, har udviklet en måde at trådløst oplade enheder, der er implanteret inde i kroppen - hvilket giver mulighed for medicinsk udstyr så lille som et riskorn.
Holdets ladesystem er en riff på teknologien, der bruges til at drive elektriske tandbørster, smartphones og andre små enheder. I disse opsætninger passerer elektricitet gennem en spole i en strømkilde, hvilket skaber et elektromagnetisk felt. En tilsvarende spole i selve enheden opsamler energi fra det felt, der inducerer en strøm, der kan drive enheden eller oplade et batteri. Denne bølgetype, kendt som "nær-felt", kan imidlertid ikke rejse meget langt eller passere gennem væv.
Selvom der er plads til en pacemaker med en batteripakke nær hjertet, giver andre dele af kroppen mindre areal at arbejde med. I hjernen er der for eksempel ikke plads til, at et implantat sidder lige på et behandlingssted. I stedet skal læger placere det, hvor der er et relativt åbent område, såsom bagsiden af nakken, og bruge ledninger til at nå målstedet.
”Vi er på ingen måde de første mennesker, der laver trådløs strøm til medicinske implantater, ” forklarer John Ho, en kandidatstuderende, der var medforfatter til studiet. ”[Implantater] bruges til ting som cochleaimplantater, men selve [strømkilden] skal være ret stor, og implantatet skal være meget lavt. De kan ikke nå de vigtige steder i kroppen, som hjertet eller hjernen. ”
Derfor har Poon's arbejde sigte på at undersøge, hvordan man bruger ”biologisk væv til at transportere energi, ” siger hun. Hendes 2 mm-til-3-mm elektroniske implantat drives gennem kroppen med en kilde med kreditkortstørrelse (opladet uafhængigt) uden for det.
Hendes team fandt en unik metode til at manipulere bølgerne, så de forplantes og passerer gennem levende væv. Strømkilden genererer nærfelt-elektromagnetiske bølger af et specifikt mønster. Når pulserne rammer og interagerer med levende væv, bliver de en ny type bølge, kaldet "midtfelt." "Når du placerer [vores strømkilde] over kroppen, konverterer dit vævs egenskaber faktisk bølgerne, " siger hun forklarer.
Implantatet er en del af en klasse medicinske terapier, der kaldes "elektrokemikalier."
Mange af vores krops funktioner er elektriske i naturen, så et elektronisk implantat placeret tæt på en nervefiber kunne levere små impulser, der giver en mere målrettet terapi end medicin, der fungerer globalt.
”Vi vil se, om elektronik kan bruges til at behandle sygdomme som et supplement til lægemiddelterapi eller som en erstatning for lægemiddelterapien, ” siger Poon
Hidtil ser metoden sikker ud. Holdet var i stand til at overføre magt til et implantat i en gris - et dyr, der ligner et menneske i skala - og satte tempoet for en kaninhjerte. Og et uafhængigt laboratorium i Bugtområdet fandt ud af, at radiobølgerne produceret af Poon's system ikke er mere farlige end en mobiltelefon.
Hun håber at begynde menneskelige forsøg inden for et år. De indledende forsøg vil fokusere på smertehåndtering. Men Ho siger, at det kun er toppen af isbjerget; holdet arbejder med laboratorier på universitetets medicinske skole for at finde potentielle anvendelser til andre tilstande, som kan omfatte epilepsi, Parkinsons eller urininkontinens.
Det vil vare flere år, før et system som Poon's når frem til medicinsk udstyr til forbrugerne. Men scenen for en ny æra af elektronisk medicin er bestemt sat.
