Potential für ' electroceutical " Geräte zur Behandlung von Krankheiten , Schmerzen zu lindern

A Stanford Elektroingenieur hat einen Weg gefunden , um drahtlos zu übertragen Macht tief in den Körper, und verwenden Sie dann diese Macht, um winzige elektronische medizinische Geräte wie Herzschrittmacher , Neurostimulatoren oder neue Sensoren und Geräte erst noch entwickelt werden laufen erfunden .

Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ) gipfeln Jahren der Bemühungen von Ada Poon , Assistant Professor der Elektrotechnik, die sperrig und schwerfällig Batterien Ladesysteme , medizinische Geräte verhindern, zu beseitigen berichteten Entdeckungen in größerem Umfang eingesetzt.

Die Technologie könnte einen Weg zu einer neuen Art von Medizin , die Ärzte , Krankheiten mit Elektronik statt Drogen behandeln können .

" Wir müssen diese so klein wie möglich , um noch einfacher zu implantieren sie tief in den Körper und neue Wege zur Behandlung von Krankheiten und Schmerzen zu lindern Geräte machen", sagte Poon .

Der Artikel beschreibt, wie Poon -Team errichtet ein elektronisches Gerät kleiner als ein Reiskorn , die als Schrittmacher fungiert . Sie kann angetrieben oder drahtlos , indem eine Stromquelle über die Größe einer Kreditkarte über dem Gerät außerhalb des Körpers wieder aufgeladen werden.

Die zentrale Entdeckung ist ein Engineering- Durchbruch, der eine neue Art der drahtlosen Energieübertragung , die sicher tiefer eindringen kann im Inneren des Körpers , mit in etwa die gleiche Leistung wie ein Handy erzeugt . Wie Poon schreibt in ihrem Artikel ein unabhängiges Labor , die Handys festgestellt, dass ihr System fiel deutlich unter den Expositionsniveaus für die menschliche Sicherheit testet .


Ein batterie Elektrostimulator neben medizinischen Pillen zum Größenvergleich . Das neue Verfahren erlaubt die Speisung Vorrichtung drahtlos betrieben tief im Inneren des Körpers, an Orten , wie beispielsweise dem Herzen oder Gehirn. ( Wir haben einen Film und Animation , die zu groß zum Hochladen sind . )
Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Austin Yee .

Ihrem Labor hat diese drahtlose Ladesystem in einem Schwein getestet und benutzte es, um eine winzige Herzschrittmacher in einem Kaninchen-Power . Sie ist derzeit die Vorbereitung des Systems für die Prüfung am Menschen. Sollten solche Tests genehmigt werden und als erfolgreich erweisen , es noch dauern würde mehrere Jahre , um die Sicherheit und Wirksamkeit für die Nutzung dieses drahtlose Ladesystem in kommerziellen medizinische Geräte erfüllen .

Poon glaubt, diese Entdeckung wird eine neue Generation von programmierbaren Mikroimplantaten laichen - Sensoren, um lebenswichtige Funktionen tief im Körper zu überwachen; Elektrostimulatoren zu Nervensignale im Gehirn zu ändern; Arzneimittelabgabesysteme zu Medikamenten direkt in die betroffenen Gebiete gelten .

Alternativen zu Drogen-Therapien

William Newsome , Direktor des Stanford Neurosciences Institute, sagte Poon Arbeit erstellt das Potenzial, " electroceutical " Behandlungen als Alternativen zu Drogen-Therapien zu entwickeln.

Newsome, die nicht in Poon Experimenten beteiligt war , ist aber mit ihrer Arbeit vertraut , die solche Behandlungen wirksamer als Medikamente für einige Erkrankungen sein könnte , weil electroceutical Ansätze würden Geräten in der Nähe von bestimmten Hirnschaltkreisenzu implantieren , um ihre Aktivität direkt zu modulieren. Medikamente , durch Vergleich , global agieren gesamten Gehirn .

" Um electroceuticals praktisch, Geräte müssen miniaturisiert werden , und es müssen Wege gefunden werden, um sie drahtlos Leistung, tief im Gehirn , viele Zentimeter von der Oberfläche ", sagte Newsome, die Harman Familie Provostial Professor für Neurobiologie an der Stanford , und fügte hinzu : " Die Poon Labor hat einen bedeutenden Teil des Puzzles für die sichere Stromversorgung implantierbaren Mikrovorrichtungen , ebnet den Weg für neue Innovationen in diesem Bereich gelöst werden. "

Wie funktioniert es

Der Artikel beschreibt die Arbeit von einem interdisziplinären Forschungsteam einschließlich John Ho und Alexander Yeh , Elektrotechnik Studenten in Poon Labor ; Yuji Tanabe, Gastwissenschaftler und Ramin Beygui , MD, außerordentlicher Professor für Herz- und Thoraxchirurgie an der Stanford University Medical Center.

Der Kernpunkt der Entdeckung betrifft einen neuen Weg, um elektromagnetische Wellen in den Körper zu steuern.

Elektromagnetische Wellen durchdringen das Universum. Wir benutzen sie jeden Tag , wenn wir Rundfunksignale von riesigen Funktürme ; Koch in der Mikrowelle ; oder verwenden Sie eine elektrische Zahnbürste , die drahtlos in einer speziellen Ladestation lädt neben dem Waschbecken .

Vor Poon Entdeckung , gab es eine klare Trennung zwischen den zwei Arten von elektromagnetischen Wellen in den täglichen Gebrauch , die so genannte Fernfeld und Nahfeld- Wellen.

Fernfeld- Wellen , wie die von Funktürmen ausgestrahlt, können über lange Strecken zurücklegen . Aber wenn sie biologisches Gewebe auftreten , spiegeln sie entweder vom Körper harmlos oder von der Haut als Wärme absorbiert. So oder so, haben Fernfeld elektromagnetischen Wellen als potentielle drahtlose Stromversorgung für medizinische Geräte ignoriert.

Nahfeldwellen sicher in Wireless-Power- Systemen eingesetzt werden. Einige aktuelle medizinische Geräte wie Hörimplantate verwenden Nahfeld- Technologie. Aber ihre Beschränkung wird der Name schon sagt : sie können nur Macht über kurze Distanzen , die solche Geräte in der Nähe der Haut zu halten und tendiert der ihre Eignung tief im Körper zu übertragen.

Was Poon tat, war, die Sicherheit der Nahfeld- Wellen mit der Reichweite der Fernfeldwellenzu mischen. Sie erreicht dies durch die Nutzung eines einfachen Tatsache - Wellen anders, wenn sie in Kontakt mit verschiedenen Materialien wie Luft, Wasser oder biologische Gewebe kommen .

Zum Beispiel, wenn man das Ohr auf einem Eisenbahngleis , können Sie die Schwingungen der Räder zu hören , lange bevor der Zug selbst , denn Schallwellen schneller und weiter durch Metall , als sie durch die Luft zu tun.

Bei diesem Prinzip im Hinterkopf entworfen Poon eine Energiequelle , die eine spezielle Art von Nahfeld- Welle erzeugt. Wenn dieses spezielle Welle bewegt von der Luft auf die Haut , seine Eigenschaften verändert sie in einer Weise , die es ermöglicht, zu verbreiten - wie die Schallwellen durch die Bahnstrecke .

Sie nannte diese neue Methode Mittelfeld drahtlose Übertragung .

In der PNAS Experiment verwendet Poon ihr Mittelfeld Transfersystem an die Macht direkt an winzigen medizinischen Implantaten zu senden. Aber es ist möglich, winzige Batterien in Mikroimplantaten zu bauen, und dann wieder aufzuladen diese Batterien drahtlos über das Mittelfeld -System. Dies ist mit den heutigen Technologien möglich .

" Mit dieser Methode können wir sicher Macht, winzige Implantate übertragen in Organe wie das Herz oder Gehirn, weit über den Bereich der Strom Nahfeld- Systeme ", sagt Ho , ein Doktorand in Poon Labor und Co-Autor auf dem Papier.