Команда инженеров из Стэнфорда представила миниатюрное имплантируемое сердечное устройство, питающееся не от батареек, а от радиоволн. Размеры устройства составляют всего лишь около 0,8 мм, оно могло бы поместиться на кончике иглы.

Полученные результаты были опубликованы в Applied Physics Letters. Ученые продемонстрировали работу миллиметрового устройства, имплантированного в грудную клетку на глубину около пяти см. прямо на поверхность человеческого сердца. До сих пор такая глубина считалась недосягаемой для радиоволн.

Инженеры считают, что

это является лишь первым шагом в производстве беспроводных имплантатов. Помимо сердечных имплантатов, это могут быть эндоскопы, кардиостимуляторы, стимуляторы головного мозга и другие медицинские устройства, в которых критичны малые размеры и мощность.

Имплантаты в свое время произвели революцию в медицине. В настоящее время подобные устройства – кардиостимуляторы, кохлеарные имплантаты и пр. – обеспечивают должное качество жизни сотням тысяч, если не миллионам, пациентов. Но в процессе проектирования этих устройств приходится решать сложные инженерные задачи. Критичны размеры питательного элемента и время его работы.

Например, в кардиостимуляторе аккумулятор занимает до половины всего его объема. А когда батарейка садится, человеку необходима новая операция. Возможность получать энергию через радиоволны решает обе эти проблемы.

Согласно существующим математическим моделям, предполагалось, что высокочастотные волны проникают не слишком глубоко в ткани человеческого организма. Из-за этого до сих пор не было попыток создать подобные импланты – потребовались бы низкочастотные передатчики и, следовательно, большие антенны. Слишком большие, для того, чтобы вживлять их в организм. Однако команда ученых во главе с Адой Пун, профессором электротехники Стэнфордского университета, опровергла это мнение.

Электрические волны действительно быстро рассеиваются в тканях, однако радиоволны при должном подборе частот могут проникать на большую глубину. Пересмотрев модели, Ада Пун и ее соавторы показали, что

в определенном высокочастотном диапазоне мощность передаваемой энергии увеличивается примерно в десять раз. Это означает, что приемные антенны могут быть в 10 раз меньше, а значит, проблем с имплантатом из-за размера уже не возникнет.

При этом оптимальная частота, с которой работает устройство, способна производить около 50 микроватт энергии, что значительно превосходит потребности существующих кардиостимуляторов – 8 микроватт.

Разработчики подали заявку на патент по конструкции антенны беспроводного имплантата и планируют продолжать работы, чтобы создать максимально эффективные устройства, соответствующие санитарным нормам, установленным IEEE.