吃藥,似乎已是目前治療疾病的一種普遍方式。但其弊端是,服用的藥物并不是專門定向輸送到病患之處,而是通過血液遍及身體各部分,特別是對于腦部或者心臟方面的疾病,這種常規療法似乎有些不太給力,由此,科學家想出一種新的治療方式,比如將微小的醫療儀器植入人體內作針對性的治療。
那么驅動這種植入式儀器的電力又從何而來呢?若讓其內含電池的話,恐怕外形會很笨重,植入人體內不太適宜;若讓病人總是隨身攜帶一個笨重的電源,也不實用。為了解決這些問題,美國斯坦福大學的研究人員研發出一種方法。
無線充電系統為植入設備減重
新的方法是將無線電源發射到深置人體內可編程的微型電子醫療器件,如心臟起搏器、神經刺激器或新的傳感器及有待開發的設備。
在實驗室,研究人員在豬體內測試了這個無線充電系統,并用其為一只兔子身體內一個小小的起搏器供電。目前,研究人員正在準備在人體上測試該系統。
研究人員說:“我們需要給這些設備減重,讓其盡可能的小,這樣才能更容易地植入患者身體深處,以新的方法來治療疾病,并減輕他們的痛苦?!?/p>
經過努力,研究人員消除了阻礙醫療設備被廣泛應用的笨重電池和笨拙的充電系統。該研究團隊創建了一個比米粒還小的電子設備充當起搏器。它可以通過體外大約信用卡大小的動力源進行無線供電或充電。其伴隨在心臟或大腦位置的神經、肌肉和其他組織旁,可以被編程執行各種各樣的醫療任務,一旦被植入人體,無線電力即可為其充電,補充所需要的動力。
新開發的無線系統使用與手機一樣的電源,可安全地將能量傳輸到植入體內米粒大小的芯片。根據一家獨立實驗室的測試,對于人類安全性而言,這個新的系統所發射的功率遠遠低于危險暴露水平,可以安全地滲入人體深處。
在治療上,該技術提供了一個促使新的替代藥物療法成為可能的途徑,允許醫生采用微型植入式電子設備治療疾病,而不是藥品。無疑,這為新型的具有治療疾病或減輕疼痛的可溶解電子設備的發展鋪平了道路。
中場無線傳輸傳遞動力直接安全
該技術的關鍵涉及到一種在人體內可控制電磁波的新方式。
眾所周知,電磁波充斥著宇宙空間,每天我們都在使用,例如由巨大的無線電發射塔為我們播放信號;在微波爐里烘烤食物或使用無線充電的電動牙刷。
在此發現之前,日常使用的電磁波有涇渭分明的兩種主要類型:遠場波和近場波。遠場波可長距離輸送,像來自無線電廣播塔的電磁波。但當它們遇到生物組織時,要么無害的反射到人體,要么由皮膚作為熱量吸收。而無論哪種方式,遠場的電磁波作為用于醫療設備的一個潛在無線電源卻被忽略了。
近場波可以被安全地作為無線電源系統使用。當前一些醫療裝置如聽力植入物就使用的這種近場技術。但顧名思義,它們僅可在短距離內傳輸功率,限制了在人體內深處應用的有效性。
新的技術將近場波的安全性與遠場波的覆蓋范圍相融合,基于一個原則,即當波接觸到不同的材料,如空氣、水或生物組織,會有不同的傳播。例如,當你把耳朵貼在鐵軌上,可以聽到車輪振動得很遠,因為聲波通過金屬比其通過空氣傳播的速度更快,達到更遠的距離。
由此,研究人員設計出一種產生特殊類型的近場波動力源。在某種程度上,當這個特殊的波浪從空氣移動到皮膚上,便改變了其傳播特點,就像聲波穿過火車軌道一樣。研究人員稱這種新方法為中場無線傳輸。
在實驗中,研究人員使用中場傳輸系統直接安全地給植入心臟或腦部器官的微小醫療儀器傳遞動力,遠遠超出了目前的近場波系統的范圍。
新發現或催生新一代微種植體
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據每日科學網、物理學家組織網近日報道,研究人員認為,這一發現將催生新一代的可編程微種植體,其傳感器可以監測身體深處的重要功能;電刺激改變大腦中的神經信號;藥物輸送系統直接供給藥品到疾病感染部位。
斯坦福大學神經科學研究所所長威廉·紐瑟姆評價說,這項研究工作創造性地開發了一種替代藥物療法的可能,即可以起治療作用然后溶解的電子設備。新的治療方式可能對某些疾病比藥物更有效,因為這種方法將使用植入式裝置來直接調節特定大腦回路的活動。而通過比較,服用的藥物卻會遍布整個大腦,且有一定的副作用。
斯坦福大學神經生物學教授紐瑟姆說:“為了讓這種方式更為實用,相關設備必須小型化,設法給在大腦深處的儀器以無線的方式供電或者充電?!?/p>
他又補充說:“該研究已經解決了一個重要難題,可以安全地給植入體內的微型設備供電,為這個領域新的創新鋪平了道路。”
當然,如果在人體內進行這種測試被批準,并證明是成功的,未來仍然需要數年時間的努力,以滿足商業醫療器械使用這種無線充電系統對安全性和有效性的要求
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