Wenn Sie den durchschnittlichen Laptop öffnen, sehen Sie zwei Dinge: einen Prozessor von der Größe eines halben Dollars und die relativ massiven Teile, die für die Stromversorgung benötigt werden - vor allem den Akku.
Gleiches gilt für elektronische medizinische Implantate wie Herzschrittmacher. Aber im menschlichen Körper ist oft kein Platz für ein großes Kraftpaket. Ein Forscherteam unter der Leitung von Ada Poon, einer stellvertretenden Professorin für Elektrotechnik an der Stanford University School of Engineering, hat daher eine Möglichkeit entwickelt, im Körper implantierte Geräte drahtlos aufzuladen. Dabei können medizinische Geräte verwendet werden, die so klein sind wie ein Reiskorn.
Das Ladesystem des Teams basiert auf der Technologie, mit der elektrische Zahnbürsten, Smartphones und andere kleine Geräte betrieben werden. In diesen Aufbauten fließt Elektrizität durch eine Spule in einer Stromquelle und erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Eine entsprechende Spule im Gerät selbst sammelt Energie aus diesem Feld, wodurch ein Strom induziert wird, der das Gerät mit Strom versorgen oder eine Batterie aufladen kann. Diese Art von Welle, die als "Nahfeld" bezeichnet wird, kann sich jedoch nicht sehr weit ausbreiten oder durch Gewebe hindurchtreten.
Während in der Nähe des Herzens Platz für einen Herzschrittmacher mit einem Akku ist, bieten andere Körperteile weniger Arbeitsfläche. Im Gehirn gibt es zum Beispiel keinen Platz für ein Implantat direkt an einer Behandlungsstelle. Stattdessen müssten Ärzte es an einer Stelle platzieren, an der es einen relativ offenen Bereich gibt, z. B. im Nacken, und Drähte verwenden, um die Zielstelle zu erreichen.
„Wir sind keineswegs die ersten, die drahtlose Stromversorgung für medizinische Implantate durchführen“, erklärt John Ho, ein Doktorand, der die Studie mitautorisiert hat. „[Implantate] werden zum Beispiel für Cochlea-Implantate verwendet, aber die [Stromquelle] selbst muss ziemlich groß sein und das Implantat muss sehr flach sein. Sie können die wichtigen Stellen im Körper, wie das Herz oder das Gehirn, nicht erreichen. “
Aus diesem Grund untersucht Poon in seiner Arbeit, wie „biologisches Gewebe zum Transport von Energie verwendet werden kann“, sagt sie. Ihr 2 x 3 mm großes elektronisches Implantat wird durch den Körper mit einer Quelle in Kreditkartengröße (unabhängig aufgeladen) gespeist.
Ihr Team hat eine einzigartige Methode gefunden, um die Wellen so zu manipulieren, dass sie sich ausbreiten und durch lebendes Gewebe gelangen. Die Energiequelle erzeugt elektromagnetische Nahfeldwellen eines bestimmten Musters. Wenn die Impulse auf lebendes Gewebe treffen und mit diesem interagieren, werden sie zu einer neuen Art von Welle, die als "Mittelfeld" bezeichnet wird. "Wenn Sie [unsere Energiequelle] über den Körper legen, wandeln die Eigenschaften Ihres Gewebes die Wellen tatsächlich um." erklärt.
Das Implantat ist Teil einer Klasse von medizinischen Therapien, die als „Elektrozeutika“ bekannt sind.
Viele Funktionen unseres Körpers sind elektrischer Natur. Ein elektronisches Implantat in der Nähe einer Nervenfaser kann daher kleine Impulse abgeben, die eine gezieltere Therapie ermöglichen als Medikamente, die global wirken.
"Wir wollen herausfinden, ob Elektronik zur Behandlung von Krankheiten als Ergänzung zur medikamentösen Therapie oder als Ersatz für die medikamentöse Therapie eingesetzt werden kann", sagt Poon
Die Methode scheint bisher sicher zu sein. Das Team war in der Lage, die Kraft auf ein Implantat in einem Schwein zu übertragen - ein Tier, das in seiner Größe einem Menschen ähnelt - und die Geschwindigkeit des Herzens eines Kaninchens festzulegen. Und ein unabhängiges Labor in der Bay Area stellte fest, dass die von Poons System erzeugten Funkwellen nicht gefährlicher sind als die eines Mobiltelefons.
Sie hofft, innerhalb eines Jahres mit Versuchen an Menschen beginnen zu können. Die ersten Versuche werden sich auf die Schmerzbehandlung konzentrieren. Aber Ho sagt, das ist nur die Spitze des Eisbergs; Das Team arbeitet mit Laboren der medizinischen Fakultät der Universität zusammen, um mögliche Anwendungen für andere Erkrankungen zu finden, zu denen Epilepsie, Parkinson oder Harninkontinenz gehören können.
Es wird einige Jahre dauern, bis ein System wie das von Poon medizinische Verbraucherprodukte erreicht. Die Weichen für eine neue Ära der elektronischen Medizin sind jedoch gestellt.
