Investigadores del MIT, en colaboración con científicos del Brigham and Women's Hospital, han desarrollado una nueva forma de alimentar y comunicarse con dispositivos implantados en lo profundo del cuerpo humano. Dichos dispositivos podrían usarse para administrar medicamentos, monitorear condiciones dentro del cuerpo o tratar enfermedadesestimulando el cerebro con electricidad o luz.
Los implantes funcionan con ondas de radiofrecuencia, que pueden atravesar con seguridad los tejidos humanos. En pruebas con animales, los investigadores demostraron que las ondas pueden alimentar dispositivos ubicados a 10 centímetros de profundidad en el tejido, desde una distancia de 1 metro.
"Aunque estos diminutos dispositivos implantables no tienen baterías, ahora podemos comunicarnos con ellos desde una distancia fuera del cuerpo. Esto abre tipos completamente nuevos de aplicaciones médicas", dice Fadel Adib, profesor asistente en el Media Lab del MIT y unautor principal del artículo, que se presentará en la conferencia del Grupo de Interés Especial sobre Comunicación de Datos SIGCOMM de la Asociación de Maquinaria de Computación en agosto.
Debido a que no requieren una batería, los dispositivos pueden ser pequeños. En este estudio, los investigadores probaron un prototipo del tamaño de un grano de arroz, pero anticipan que podría hacerse aún más pequeño.
"Tener la capacidad de comunicarse con estos sistemas sin la necesidad de una batería sería un avance significativo. Estos dispositivos podrían ser compatibles con las condiciones de detección y ayudar en la administración de un medicamento", dice Giovanni Traverso, profesor asistenteen el Brigham and Women's Hospital BWH, Harvard Medical School, una investigación afiliada al Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, y autora del artículo.
Otros autores del artículo son el postdoctorado de Media Lab Yunfei Ma, el estudiante de posgrado de Media Lab Zhihong Luo y el postdoctorado de Koch Institute y afiliado a BWH Christoph Steiger.
comunicación inalámbrica
Los dispositivos médicos que se pueden ingerir o implantar en el cuerpo podrían ofrecer a los médicos nuevas formas de diagnosticar, monitorear y tratar muchas enfermedades. El laboratorio de Traverso ahora está trabajando en una variedad de sistemas ingeribles que se pueden usar para administrar medicamentos, monitorear los signos vitalesy detectar el movimiento del tracto GI.
En el cerebro, los electrodos implantables que suministran una corriente eléctrica se utilizan para una técnica conocida como estimulación cerebral profunda, que a menudo se usa para tratar la enfermedad de Parkinson o la epilepsia. Estos electrodos ahora se controlan mediante un dispositivo similar a un marcapasos implantado debajo de la piel, que podría eliminarse si se usa energía inalámbrica. Los implantes cerebrales inalámbricos también podrían ayudar a entregar luz para estimular o inhibir la actividad neuronal a través de la optogenética, que hasta ahora no se ha adaptado para su uso en humanos, pero podría ser útil para tratar muchos trastornos neurológicos.
Actualmente, los dispositivos médicos implantables, como los marcapasos, llevan sus propias baterías, que ocupan la mayor parte del espacio del dispositivo y ofrecen una vida útil limitada. Adib, que imagina dispositivos mucho más pequeños y sin batería, ha estado explorando la posibilidad dealimentar de forma inalámbrica dispositivos implantables con ondas de radio emitidas por antenas externas al cuerpo.
Hasta ahora, esto ha sido difícil de lograr porque las ondas de radio tienden a disiparse a medida que atraviesan el cuerpo, por lo que terminan siendo demasiado débiles para suministrar suficiente energía. Para superar eso, los investigadores idearon un sistema que denominan "EnVivo Networking "IVN. Este sistema se basa en una serie de antenas que emiten ondas de radio de frecuencias ligeramente diferentes. A medida que las ondas de radio viajan, se superponen y se combinan de diferentes maneras. En ciertos puntos, donde los puntos altos de las ondas se superponen, pueden proporcionar suficiente energía para alimentar un sensor implantado.
"Elegimos frecuencias que son ligeramente diferentes entre sí y, al hacerlo, sabemos que en algún momento van a alcanzar sus máximos al mismo tiempo. Cuando alcanzan sus máximos al mismo tiempo,son capaces de superar el umbral de energía necesario para alimentar el dispositivo ", dice Adib.
Con el nuevo sistema, los investigadores no necesitan conocer la ubicación exacta de los sensores en el cuerpo, ya que la energía se transmite sobre un área grande. Esto también significa que pueden alimentar varios dispositivos a la vez. Al mismo tiempoUna vez que los sensores reciben una ráfaga de energía, también reciben una señal que les indica que transmitan información a la antena. Esta señal también podría usarse para estimular la liberación de una droga, una ráfaga de electricidad o un pulso de luz, ladicen los investigadores.
energía de larga distancia
En pruebas en cerdos, los investigadores demostraron que podían enviar energía desde hasta un metro fuera del cuerpo, a un sensor que estaba a 10 centímetros de profundidad en el cuerpo. Si los sensores están ubicados muy cerca de la superficie de la piel, pueden seralimentado desde hasta 38 metros de distancia.
"Actualmente existe una compensación entre qué tan profundo puede llegar y qué tan lejos puede llegar fuera del cuerpo", dice Adib.
Los investigadores ahora están trabajando para hacer que la entrega de energía sea más eficiente y transferirla a mayores distancias. Esta tecnología también tiene el potencial de mejorar las aplicaciones de RFID en otras áreas, como el control de inventario, el análisis minorista y los entornos "inteligentes", lo que permiteseguimiento y comunicación de objetos a mayor distancia, dicen los investigadores.
La investigación fue financiada por Media Lab Consortium y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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