Open de gemiddelde laptop en je zult twee dingen zien: een processor ter grootte van een halve dollar en de relatief massieve onderdelen die nodig zijn om hem van stroom te voorzien - met name de batterij.
Hetzelfde geldt voor elektronische medische implantaten, zoals pacemakers. Maar in het menselijk lichaam is er vaak geen ruimte voor een groot krachtpakket. Daarom heeft een team van onderzoekers, onder leiding van Ada Poon, een universitair docent elektrotechniek aan de Stanford University School of Engineering, een manier ontwikkeld om apparaten die in het lichaam zijn geïmplanteerd draadloos op te laden - waardoor medische hulpmiddelen zo klein als een rijstkorrel mogelijk zijn.
Het laadsysteem van het team is een riff van de technologie die wordt gebruikt om elektrische tandenborstels, smartphones en andere kleine apparaten van stroom te voorzien. In die opstellingen passeert elektriciteit door een spoel in een stroombron, waardoor een elektromagnetisch veld ontstaat. Een overeenkomstige spoel in het apparaat zelf verzamelt energie uit dat veld, die een stroom induceert die het apparaat kan voeden of een batterij kan opladen. Dit type golf, ook wel 'near-field' genoemd, kan echter niet erg ver reizen of door weefsel heen gaan.
Hoewel er ruimte is voor een pacemaker met een batterij in de buurt van het hart, bieden andere delen van het lichaam minder ruimte om mee te werken. In de hersenen is er bijvoorbeeld geen ruimte voor een implantaat om direct op een behandelingsplaats te zitten. In plaats daarvan zouden artsen het moeten plaatsen op een relatief open gebied, zoals de achterkant van de nek, en draden gebruiken om de doellocatie te bereiken.
"We zijn zeker niet de eerste mensen die draadloze voeding voor medische implantaten doen, " legt John Ho uit, een afgestudeerde student die mede-auteur van de studie was. “[Implantaten worden] gebruikt voor dingen als cochleaire implantaten, maar de [krachtbron] zelf moet redelijk groot zijn en het implantaat moet heel oppervlakkig zijn. Ze kunnen de belangrijke plaatsen in het lichaam, zoals het hart of de hersenen, niet bereiken. '
Dat is de reden waarom het werk van Poon is gericht op het onderzoeken van het gebruik van 'biologisch weefsel om energie te transporteren', zegt ze. Haar elektronische implantaat van 2 mm bij 3 mm wordt door het lichaam gevoed met een bron ter grootte van een creditcard (onafhankelijk opgeladen) daarbuiten.
Haar team vond een unieke methode om de golven te manipuleren zodat ze zich voortplanten en door levend weefsel gaan. De krachtbron genereert nabij-veld elektromagnetische golven van een specifiek patroon. Terwijl de pulsen slaan en in wisselwerking staan met levend weefsel, worden ze een nieuw type golf, "mid-field" genoemd. "Wanneer u [onze krachtbron] over het lichaam plaatst, zetten de eigenschappen van uw weefsel de golven in feite om, " legt uit.
Het implantaat maakt deel uit van een klasse van medische therapieën die bekend staan als 'elektroceuticals'.
Veel van de functies van ons lichaam zijn elektrisch van aard, dus een elektronisch implantaat dat dicht bij een zenuwvezel is geplaatst, kan kleine pulsen afgeven die een meer gerichte therapie bieden dan geneesmiddelen die wereldwijd werken.
"We willen zien of elektronica kan worden gebruikt om ziekten te behandelen als aanvulling op medicamenteuze therapie of als vervanging voor de medicamenteuze therapie, " zegt Poon
De methode lijkt tot nu toe veilig. Het team was in staat om kracht over te dragen aan een implantaat in een varken - een dier vergelijkbaar met een mens in schaal - en het tempo van het hart van een konijn te bepalen. En een onafhankelijk laboratorium in de Bay Area ontdekte dat de radiogolven die door het systeem van Poon worden geproduceerd, niet gevaarlijker zijn dan die van een mobiele telefoon.
Ze hoopt binnen een jaar met menselijke proeven te beginnen. De eerste proeven zullen zich richten op pijnbestrijding .. Maar Ho zegt dat dit slechts het topje van de ijsberg is; het team werkt samen met laboratoria op de medische school van de universiteit om mogelijke toepassingen te vinden voor andere aandoeningen, zoals epilepsie, Parkinson of urine-incontinentie.
Het zal enkele jaren duren voordat een systeem als Poon's medische hulpmiddelen voor consumenten zal bereiken. Maar de weg is vrijgemaakt voor een nieuw tijdperk van elektronische geneeskunde.
