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研究人员现已开发出一种使用有源光子无线系统为医疗植入物供电的新方法

在过去的几十年中,医疗技术在植入装置的范围和效率方面取得了各种进步。例如,医学研究的发展导致了电子植入物的出现,例如用于调节心率的起搏器和控制脊髓液流动的脑脊髓分流器。这些医疗设备中的大多数,包括起搏器,都需要恒定的能量来运行。自然地,这会带来一些限制:为植入物提供能量的电池寿命有限。一旦电池电量耗尽,别无选择,只能执行侵入性手术来更换电池,这会带来手术并发症的风险,例如瘀伤,感染和其他不良事件。

在PNAS上发表的一项新研究中,由韩国科学技术研究院(GIST)李宗浩(Jongho Lee)教授领导的韩国研究小组更深入地寻找解决方案:他们试图制定一种无需进行侵入性手术或危险的穿透性程序即可为设备内部电池充电的策略。Lee教授解释说:“生物医学电子植入物的最大需求之一是提供可持续的电力以延长健康寿命,而无需更换电池。”尽管这是一个棘手的概念,但李教授认为答案在于活组织的“半透明”。

这可以通过一个有趣的现象来解释。当您将手举到强光下时,您会看到随着光线穿过皮肤,手的边缘会发光。从中汲取灵感,李教授及其团队开发了一种“主动光子功率传输”方法,该方法可以在体内产生电能。这个新颖的系统由两部分组成:可贴在皮肤上的micro-LED光源贴片(可以产生可穿透组织的光子)和集成到医疗植入物中的光伏设备(可以捕获光子并产生电)能源。该系统提供了一种可持续的方式,可以为医疗植入设备提供足够的功率,从而避免任何高风险的更换方法。李教授说:“目前,缺乏可靠的电源限制了植入设备的功能和性能。如果我们能够在体内获得足够的电力,那么可以开发出具有多种功能和高性能的新型医疗植入物。”

当科学家在小鼠中测试此电源系统时,他们发现此无线电源传输系统易于使用,不受天气,衣服,室内或室外条件等的影响。从源贴片发出的光子成功地穿透了小鼠的活组织。并以无线便捷的方式为设备充电。Lee教授表示:“这些结果不仅可以加速新兴类型的电植入物的使用,而且可以长期使用现有的植入物,而这些新型的电植入物需要更高的功率才能在人体中提供多种便捷的诊断和治疗功能。”他的团队,已经期待着进一步的实验。他总结说:“我们的设备可能不适用于'钢铁侠',但它可以为医疗植入物提供足够的功率。”

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