实现可摄入电子设备的无线供电方法

　　据悉，麻省理工学院研究人员设计了一种方法，可以无线地为可摄入的小型电子设备供电，吞咽后可以无限期地消化消化道，这样的装置可以用于感测胃肠道中的状况，或携带要长期运送的小量药物储存器。

　　麻省理工学院Koch研究所综合癌症研究机构和布里格姆妇女医院的胃肠病学家兼生物医学工程师Giovanni Traverso说，寻找安全高效的电源是开发这种可摄入电子设备的关键一步。
 

　　Traverso说：“如果我们建议系统长期存在于身体，权力就变得至关重要。“高效的无线传输功率开辟了新的可能性，因为我们开始解决这个问题。“

　　4月27日发表在《科学报告》杂志的论文是基于从身体外的天线到消化道内的另一个天线的无线传输。该方法产生足够的能量来运行可以监测胃中特定营养物或气体的心率、温度或水平的传感器。

　　麻省理工学院前麻省理工学院研究生Abubakar Abid说：“现在我们无法在长时间内测量核心体温或微量营养素浓度，而这些设备可以开始做这样的事情。”

　　无线传输

　　研究团队已经在不同类型的可摄入电子设备上工作了几年，包括可以监测生命体征的传感器，以及可以在消化道中保持数周或数月的药物输送车辆。为了为这些设备供电，该团队一直在探索各种选择，包括由与胃酸的相互作用提供动力的电池。

　　然而，使用这种类型的电池单元的一个缺点是随着时间的推移，金属电极停止工作。在他们最近的研究中，该团队想要提供一种方法来为他们的设备供电而不使用电极，使他们无限期地停留在胃肠道。

　　研究人员首先考虑了使用近场传输的可能性，即在两个天线之间进行距离非常小的无线能量传输。这种方法现在用于一些手机充电器，但由于天线必须非常靠近在一起，研究人员意识到，在所需的距离上传输功率将不会达到5-10厘米。

　　相反，他们决定开发中场传输，可以在更长的距离内传输电力。斯坦福大学的研究人员最近已经开始利用这一策略为起搏器供电，但没有人尝试将其用于消化道的器械。

　　使用这种方法，研究人员能够将功率100〜200微瓦提供给他们的设备，这是不是足够小的电子设备供电还很难说。每10秒无线传输温度读数的温度传感器将需要大约30微瓦，摄像机每秒需要10到20帧。

　　在进行的一项研究中，外部天线能够在2至10厘米的距离范围内传输功率，研究人员发现能量转移不会导致组织损伤。

　　“我们能够有效地将身体外的发射器天线的功率发送到身体内的天线，并以最小化辐射被组织本身吸收的方式进行，”Abid说。

　　卡内基梅隆大学材料科学和生物医学工程副教授克里斯托弗·贝廷格(Christopher Bettinger)将这项研究描述为快速增长的可摄入电子领域的“伟大进步”。

　　“这是植入式设备的一个经典问题：您如何为他们提供动力?他们在使用无线电力方面做得非常好，”Bettinger说，他没有参与研究。

　　电池的替代品

　　对于这项研究，研究人员使用6.8毫米边的方形天线。内部天线必须足够小，才能吞咽，但是外部天线可以更大，这样可以产生更大量的能量。Traverso表示，外部电源可以用于连续供电内部设备或对其充电。

　　他说：“建立替代电池和电源来确定胃肠道装置的功能，这真的是一个概念验证。”

　　史密斯说：“这项工作结合亚阈值电子技术，低功耗片上系统以及新颖的封装小型化技术的进步，可以实现许多传感，监测甚至刺激或致动应用。”

　　研究人员正在继续探索为胃肠道装置供电的不同方法，希望他们的设备能在大约五年内准备进行人体测试。

　　Traverso说：“我们正在开发一整套可以长时间保持在胃里的其他设备，并且根据不同尺寸，我们希望保持多长时间。” “我怀疑，根据不同的应用，一些为其提供动力的方法可能比其他方法更适合。”


        注：本文由智能电子集成编译自phys.org，转载请注明出处并附链接。