Forscher am MIT haben eine Möglichkeit entwickelt, batterielose Nanogeräte, die tief in den menschlichen Körper implantiert werden, mit Strom zu versorgen und mit ihnen zu kommunizieren.
Es wird angenommen, dass die Implantate, die mit Hochfrequenzwellen betrieben werden, das Potenzial haben, zur Verabreichung von Medikamenten, zur Überwachung von Zuständen im Körper oder zur Behandlung von Krankheiten verwendet zu werden.
Fadel Adib, Assistenzprofessor am Media Lab des MIT, ist leitender Autor eines Artikels über die Forschung, den er im August auf der Konferenz der Association for Computing Machinery Special Interest Group on Data Communication (SIGCOMM) vorstellen wird.
„Obwohl diese winzigen implantierbaren Geräte keine Batterien haben, können wir jetzt aus der Ferne außerhalb des Körpers mit ihnen kommunizieren. Dies eröffnet völlig neue Arten von medizinischen Anwendungen“, sagte Adib.
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Die von den Forschern verwendeten Prototypen hatten die Größe eines Reiskorns und könnten sogar noch kleiner werden, da sie keine Batterien benötigen. Als Referenz tragen aktuelle implantierbare medizinische Geräte wie Herzschrittmacher ihre eigenen Batterien, die den größten Teil ihrer Größe ausmachen und eine begrenzte Lebensdauer bieten.
Adib hat die Möglichkeit von drahtlos betriebenen implantierten Geräten mit Funkwellen untersucht, die von Antennen außerhalb des Körpers ausgesendet werden, was normalerweise schwierig ist, da Funkwellen den menschlichen Körper nur schwer passieren können und am Ende zu schwach sind, um genügend Strom zu liefern.
Um die Kommunikation mit implantierten Geräten zu verbessern, haben die Forscher ein System entwickelt, das sie In-Vivo Networking (IVN) nennen und das mehrere Antennen verwendet, um Funkwellen mit leicht unterschiedlichen Frequenzen auszusenden.
Während sich die Funkwellen ausbreiten, überlappen und kombinieren sie sich auf unterschiedliche Weise. An bestimmten Punkten, wo sich die Hochpunkte der Wellen überlappen, können sie genug Energie liefern, um einen implantierten Sensor mit Energie zu versorgen.
„Wir haben Frequenzen gewählt, die sich leicht voneinander unterscheiden, und dabei wissen wir, dass diese irgendwann gleichzeitig ihre Höhen erreichen werden. Wenn sie ihre Höchstwerte erreichen, sind sie in der Lage, die Energieschwelle zu überwinden, die erforderlich ist, um die Geräte mit Strom zu versorgen“, fügte Adib hinzu.
Die Geräte wurden an Schweinen getestet und die Forschung zeigte, dass die IVN-Funkwellen Energie von bis zu einem Meter außerhalb des Körpers zu einem Sensor senden können, der sich 10 cm tief im Körper befindet. Sensoren, die sich näher an der Haut befinden, könnten aus einer Entfernung von 38 Metern mit Strom versorgt werden.
Das neue System erfordert keine Kenntnis der genauen Position der Sensoren im Körper, da die Kraft großflächig übertragen wird. Das bedeutet, dass sie mehrere Geräte gleichzeitig mit Strom versorgen können.
Die Sensoren empfangen ein Signal, das sie anweist, Informationen an die Antenne zurückzusenden, von denen die Forscher glauben, dass sie verwendet werden können, um die Freisetzung eines Medikaments zu stimulieren.
Diese implantierten oder sogar einnehmbaren Geräte könnten Ärzten neue Möglichkeiten zur Diagnose, Überwachung und Behandlung vieler Krankheiten bieten. Beispielsweise könnten die Geräte in Neurostimulatoren integriert werden, die eine Tiefenhirnstimulation zur Behandlung von Krankheiten wie Parkinson oder Epilepsie durchführen.