Die Erfindung versorgt drahtlose medizinische Implantate tief im Körper

Geräte von der Größe eines Reiskorns, das tief in den Körper implantiert werden kann, läuten eine neue Welle medizinischer Miniaturelektronik ein, um Krankheiten zu behandeln und Schmerzen zu lindern. Dank eines Ingenieurs an der Stanford University, Kalifornien, kann man nun die Energie von außerhalb des Körpers sicher übertragen - ohne Kabel.

Ada Poon, Assistenzprofessorin für Elektrotechnik an der Stanford University, arbeitet seit Jahren daran, einen Weg zu finden, um sperrige Batterien und unbeholfene Aufladesysteme zu eliminieren - der größte Nachteil bei der Verwendung von implantierbaren medizinischen Geräten.

Schreiben in Proceedings der Nationalen Akademie der WissenschaftenSie und ihre Kollegen berichten, wie sie einen Weg entwickelt und getestet haben, wie sie Strom sicher und drahtlos auf winzige Geräte übertragen können, die tief im Körper stecken.

Sie hoffen, dass die Technologie zu einer neuen Art von Medizin führen wird, die es Patienten ermöglicht, mit Elektronik statt mit Medikamenten behandelt zu werden. Dies könnte winzige Schrittmacher, Nervenstimulatoren zur Behandlung von Schmerzen und noch zu erfassende Geräte umfassen.

Prof. Poon sagt: "Wir müssen diese Geräte so klein wie möglich machen, um sie leichter tief in den Körper zu implantieren und neue Wege zur Behandlung von Krankheiten und Linderung von Schmerzen zu schaffen."

Um ihr neues kabelloses Ladesystem zu testen, entwickelte das Team einen winzigen Schrittmacher, der kleiner als ein Reiskorn ist und kabellos von einem Ladegerät mit der Größe einer Kreditkarte, die über dem Implantat außerhalb des Körpers gehalten wird, versorgt werden kann.

Die Errungenschaft ist signifikant, da bisher keine geeignete Methode zur Versorgung von winzigen Geräten tief im Körper nachgewiesen wurde.

"Bestehende Methoden zur Energiespeicherung, -ernte oder -übertragung erfordern große Bauteile, die nicht auf Millimetermaße skalieren", schreiben die Autoren.

Durchbruch verbindet Sicherheit von Nahfeld mit Reichweite von Fernfeldwellen

Kern der Erfindung ist ein technischer Durchbruch, der eine neue Art der drahtlosen Übertragung von Energie ermöglicht - mit der gleichen Leistung wie ein Mobiltelefon. Die Methode kann tief in den Körper reichen, und unabhängige Tests, die denen auf Mobiltelefonen ähneln, zeigen, dass das System weit unter den für den Menschen als gefährlich geltenden Expositionsgrenzwerten liegt.

Der technische Durchbruch gelang, als Prof. Poon einen Weg fand, zwei existierende Methoden - elektromagnetische Felder im Nahfeld und im Fernfeld - zu verschmelzen, um das zu erreichen, was sie als "Mittelfeldwellen" bezeichnet.

Prof. Poon beschreibt ihre Arbeit im folgenden Video:

Nahfeldwellen werden bereits in drahtlosen Energiesystemen wie Hörimplantaten sicher verwendet. Aber wie ihr Name sagt, können sie nur Kraft über kurze Distanzen übertragen und sind daher ungeeignet, tiefe Implantate anzutreiben.

Fernfeldwellen, wie sie von Funktürmen ausgestrahlt werden, können weite Strecken zurücklegen, treffen sie jedoch auf lebendes Gewebe, prallen sie entweder ab oder werden absorbiert und erzeugen Wärme.

Prof. Poon vermischte die Sicherheit von Nahfeldwellen mit der Reichweite von Fernfeldwellen und erreichte dies, indem er die Tatsache ausnutzte, dass, wenn Wellen auf ein anderes Material treffen, sie anders reisen.

Sie stellte eine Stromquelle her, die eine spezielle Art von Nahfeldwellen erzeugte, die, wenn sie sich von Luft zu Haut bewegten, die Art änderten, wie sie sich bewegte, damit sie sich weiter bewegen konnte. Dies ist nicht unähnlich zu dem, was passiert, wenn Sie Ihr Ohr auf die Bahnstrecke legen und Sie können die Vibration eines sich nähernden Zuges fühlen, bevor Sie es in der Luft hören können.

Der Erstautor John Ho, ein Doktorand in Prof. Poons Labor, bemerkt:

"Mit dieser Methode können wir sicher Energie an winzige Implantate in Organen wie dem Herzen oder dem Gehirn übertragen, weit über die Reichweite aktueller Nahfeldsysteme hinaus."

Prof. Poon und seine Kollegen haben das kabellose Ladegerät bei einem Schwein getestet und damit einen winzigen Herzschrittmacher in einem Kaninchen angetrieben. Sie planen jetzt, es in Menschen zu testen. Selbst wenn die Tests bei Menschen erfolgreich sind, kann es Jahre dauern, bis die Technologie kommerziell verfügbar ist, da es Zeit kostet, die Sicherheit und Wirksamkeit neuer medizinischer Geräte nachzuweisen.

Nichtsdestotrotz dürfte die Entdeckung eine neue Generation programmierbarer Mikroimplantate antreiben, sagt Prof. Poon. Diese könnten die Form von Sensoren annehmen, die lebenswichtige Funktionen tief im Körper überwachen, Nervenstimulatoren, die Signale im Gehirn verändern, und sogar winzige Spender, die Medikamente direkt an das betroffene Gewebe abgeben. Solche Alternativen zur medikamentösen Therapie werden "elektro-medizinische" Behandlungen genannt.

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