美国麻省理工学院媒体实验室研究团队研发出一种可注射天线,仅沙粒大小,能够为植入人体深部组织的医疗器件,如心脏病患者的起搏器、癫痫或帕金森病患者的神经调节器等提供无线电力。相关研究成果发表于《IEEE天线与传播学报》10月刊。
植入大脑深部的微型磁电天线,可从外部低频磁场中获取电能。图片来源:美国麻省理工学院团队表示,这种微型天线无需电池,可通过针头植入体内,从而避免大型外科手术,是实现深部组织植入器件微型化的重要突破。
目前,深部组织植入器件通常依赖两种供电方式:一是通过手术植入数厘米长的电池,需定期更换;二是植入厘米级的电磁线圈,以无线方式获取电能。然而,线圈供电方式仅能在高频条件下有效工作,这会导致组织发热,限制了器件在亚毫米尺度下的安全供电能力。
团队表示,一旦尺寸超过限度,这些器件就可能损伤人体细胞。因此,开发尺寸小于500微米且能在低频高效运行的天线,成为一项技术挑战。
此次,团队研制出一种仅200微米的新型天线,可在109千赫兹的低频下工作。其核心技术在于采用磁致伸缩薄膜与压电薄膜的复合结构:当外加磁场时,磁致伸缩膜发生形变,压电膜则将这种形变转化为电荷。
测试结果显示,与依赖金属线圈、在吉赫兹频段工作的同尺寸植入天线相比,新天线的输出功率提高了4—5个数量级。
团队介绍,激活天线所需的磁场由类似无线手机充电器的器件提供,体积小巧,可作为皮肤贴片或置于浅表口袋中。而且,由于天线采用与微芯片相同的工艺制造,容易与现有微电子系统集成。此外,这种天线的制造工艺易于规模化,可同时注射多个天线与植入体,以治疗较大范围的病灶。
除起搏器与神经调节器外,该天线还可应用于体内葡萄糖传感等领域。现有的光学葡萄糖传感电路已较为成熟,结合这种无线供电技术,将大大推动其在体内的无创集成与应用。
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