Инженеры Georgia Tech создали имплантаты, обменивающиеся сигналами через ткани тела
Команда из Georgia Tech разработала систему SWANS, позволяющую медицинским имплантатам передавать сигналы через ткани тела вместо радиоволн — испытания на свинине и живых крысах показали значительно большую дальность сигнала и срок службы батареи по сравнению с Bluetooth.
Инженеры Georgia Tech нашли новый способ связи между медицинскими имплантатами — передавать электрические сигналы через собственные ткани организма, а не по беспроводным радиоканалам.
Большинство современных имплантатов, таких как кардиостимуляторы и инсулиновые помпы, работают изолированно либо используют протоколы вроде Bluetooth Low Energy или NFC. По словам исследователя Алекса Абрамсона, у таких решений есть серьёзные недостатки: они быстро расходуют заряд батареи, радиосигнал сильно затухает в тканях, а необходимые антенны увеличивают размер устройства.
Новый подход
Новая система, получившая название SWANS, вдохновлена работой нервной системы организма: она передаёт информацию за счёт ионной проводимости тканей, а не радиоволн. Система состоит из трёх элементов: носимого модуля, который считывает данные датчиков и генерирует импульсы напряжения; пластыря с микроиглами, доставляющего эти импульсы в ткани; и сети вводимых шприцем имплантатов, каждый из которых содержит датчик или исполнительный элемент и реагирует только на предназначенные ему сигналы.
Каждый имплантат настроен реагировать лишь на импульсы определённой силы и длительности — подобно тому, как человек в толпе оборачивается, услышав своё имя. Поскольку имплантаты построены на простых пассивных компонентах, они потребляют очень мало энергии в режиме ожидания, что увеличивает срок службы батареи более чем в 15 раз по сравнению с Bluetooth или NFC.
Испытания на свинине и крысах
Систему протестировали на курином филе, кусках свиной грудинки с кожей и костями, а также на живых крысах. Один импульс создавал измеримый сигнал на расстоянии более 30 сантиметров и на глубине до 14 сантиметров — это более чем в десять раз превышает возможности Bluetooth или NFC. В опытах на крысах сигналы достигали имплантатов под кожей, в брюшной полости и в желудке независимо от расположения носимого модуля.
В одном из экспериментов датчик на передней лапе крысы передавал сигнал, стимулирующий нерв в соответствующей задней лапе, вызывая её подёргивание. За два месяца наблюдений вокруг имплантатов образовалась рубцовая ткань, однако повышение напряжения в безопасных пределах позволило сохранить связь без дополнительного повреждения клеток или влияния на работу сердца.
Абрамсон отмечает, что система не предназначена для передачи больших объёмов данных — она нужна для коротких сигналов, например показаний температуры, между частями тела. SWANS пока не испытывалась на крупных животных или людях, хотя предварительные исследования на крупных животных выглядят многообещающе. Среди возможных применений — объединение помп для доставки лекарств с нейростимуляторами для комбинированной терапии.
