．輸送藥物、監測身體，MIT 開發植入式設備！

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來源：MIT news

隨著技術的發展，向人體體內實現精準的藥物輸送、準確的檢測和控制，已經不是遙不可及的夢想。

麻省理工學院的研究人員，與Brigham and Women醫院的科學家合作，開發了一種新的方式來為植入人體深處的設備，進行供電並通信。這種裝置可以用來輸送藥物，監測身體內部的狀況，或者透過電-光刺激大腦來治療疾病。

植入設備由射頻波供能，而射頻波可以安全地通過人體組織。在動物試驗中，研究人員表示，射頻波可以為距離1米遠、位於組織10釐米深處的裝置提供動力。

「儘管這些微型植入式裝置沒有電池，但我們現在可以在體外遠距離與它們通信。這開闢了全新的醫療應用領域，」麻省理工學院媒介實驗室助理教授、論文資深作者Fadel Adib說。

該論文將在8月份舉行的電腦機械協會數據通信特別興趣小組(Association for Computing Machinery Special Interest Group on Data Communication， SIGCOMM )會議上發表。

因為這些設備不需要電池，所以可以做的足夠小。在這項研究中，研究人員做了一個米粒大小的測試品，但他們預期還能夠做得更小。

「在不需要電池的情況下，與系統進行通信，將是一項重大進步。這些設備可以與各種傳感環境相容，也可以幫助輸送藥物。」哈佛醫學院Brigham and Women醫院(Brigham and Women's Hospital，BWH )的助理教授Giovanni Traverso說，他是麻省理工學院Koch綜合癌症研究所的研究附屬機構的研究人員，也是這篇論文的作者。

論文的其他作者是介質實驗室博士後馬雲飛、媒介實驗室研究生羅志宏、Koch研究所和BWH博士後Christoph Steiger。

無線通信

可以被攝入或植入體內的醫療設備，為醫生提供了新的方法進行診斷、監測和治療疾病。Traverso的實驗室，目前正在研究各種可攝入的系統，用來輸送藥物、監測生命體徵和檢測胃腸道的運動。

在大腦中，可以輸送電流的植入型電極，被用於一種稱為腦深部刺激的技術，該技術通常用於治療帕金森氏症或癲癇。目前這種電極由植入皮膚的類似起搏器的裝置控制，如果使用無線電源，就可以去除這個植入皮膚的裝置。

無線腦植入裝置還可以傳遞光信號，透過光遺傳學刺激或抑制神經元活動，到目前為止，光遺傳學還沒有用於人類，但這種方法，對於治療許多神經疾病會很有幫助。

目前，植入式醫療設備自帶電池，佔據了設備的大部分空間，且壽命有限，比如起搏器。Adib一直在設想更小的無電池設備，一直在探索用體外天線發射的無線電波，為植入式設備進行供電的可能性。

到目前為止，這還很難實現，因為無線電波在透過身體時，會有很大的損耗，所以最終太弱而無法提供足夠的能量。為了克服這一點，研究人員設計了一個他們稱之為「體內網路」( In Vivo Networking, IVN )的系統。

該系統依賴於天線陣列，天線陣列發射一系列的無線電波，無線電波之間的頻率略有不同。當無線電波傳播時，它們以不同的方式重疊和結合。在特定的時間點，當波峰重疊時，就可以提供足夠的能量，來驅動植入的傳感器。

「我們選擇的無線電波的頻率，彼此間有些微小的差異，這樣的話在某個時間點，它們就會同時達到最高點。當它們同時達到最高點時，就能夠達到為設備供電所需的最低能量。」Adib 說。

有了新的系統，研究人員不需要知道傳感器，在體內的確切位置，因為能量是透過大面積傳輸的。這也意味著他們可以同時為多個設備供電。

在傳感器接收到大量的能量的同時，它們還接收到一個信號，讓它們將資訊傳輸回天線。研究人員說，這種信號也可以用來刺激藥物的釋放、或用作電脈衝或光脈衝。

MIT的研究人員開發了一種新的技術，可以用來遙控「智慧藥丸」釋放藥物。

實現遠距離供電

在豬身上進行的測試中，研究人員表示，他們可以將能量從身體外面一米遠處，輸送到深入身體10釐米的傳感器上。如果傳感器非常靠近皮膚表面，它們可以從38米遠的地方供電。

Adib表示:「要在體內的植入深度，和體外的能量傳輸距離之間，針對實際情況進行權衡」。

研究人員現在正致力於，提高電力輸送的效率，並讓電力輸送設備距離更遠。研究人員說，這項技術也有望改善RFID在其他領域的應用，例如庫存控制、零售分析和「智慧」環境，允許更長距離的物體追蹤和通信。

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