在医疗科技领域，一项突破性技术正在悄然改变深部组织植入物的供电方式。MIT媒体实验室的研究人员成功开发出一种仅如细沙大小的微型天线，可通过注射方式植入人体，为心脏起搏器、神经调节器和体内过程监测器等医疗设备提供无线电力供应。这项创新不仅解决了传统植入物电池需要定期更换的难题，还大大降低了手术侵入性，为未来医疗植入物的发展开辟了全新道路。
微型天线：医疗植入物的供电革命
"这是缩小深部组织植入物的下一个重大步骤，"MIT媒体实验室Nano-Cybernetic Biotrek研究组的博士生Baju Joy表示。"它使得无需电池的植入物可以通过针头放置，而不是需要大手术。"
这项研究成果已在《IEEE天线与传播汇刊》10月刊上发表论文，详细介绍了这项创新技术。研究团队由Joy、媒体实验室博士生Yubin Cai（第一作者）、前MIT博士后Benoît X. E. Desbiolles和Viktor Schell、媒体艺术与科学博士生Shubham Yadav、MIT材料科学与工程系讲师David C. Bono以及资深作者Deblina Sarkar教授共同完成。
传统技术的局限与挑战
当前，深部组织植入物的供电主要有两种方式：一是通过手术植入几厘米长的电池，需要定期更换；二是通过手术放置的厘米级磁性线圈，可无线收集能量。然而，线圈方法仅在特定高频下工作，可能导致组织加热，限制了将植入物缩小到亚毫米尺寸时能够安全输送的功率。
"超过这个限制，你就会开始损伤细胞，"Joy解释道。
正如团队在《IEEE天线与传播汇刊》论文中所述，"在超小尺寸（小于500微米）下开发能够在低频带高效工作的天线具有挑战性。"
创新解决方案：磁电效应的低频工作原理
由Sarkar教授领导的研究开发的200微米天线，通过创新技术实现了低频（109 kHz）工作。该技术将磁致伸缩薄膜（在磁场作用下会变形）与压电薄膜（将变形转换为电荷）层压在一起。
当施加交变磁场时，磁致伸缩薄膜内的磁畴会发生扭曲，就像一块交织着金属片的织物在强磁场作用下会扭曲一样。磁致伸缩层的机械应变导致压电层在上下方放置的电极之间产生电荷。
"我们正在利用这种机械振动将磁场转换为电场，"Joy解释道。
Sarkar教授表示，新开发的天线比依赖金属线圈并在GHz频段工作的类似尺寸植入天线能提供高出四到五个数量级的功率。
技术优势与临床应用前景
这项技术的磁场由类似可充电无线手机充电器的设备提供，体积小到可以作为贴片贴在皮肤上或放入靠近皮肤表面的口袋中。
由于天线采用与微芯片相同的技术制造，可以轻松与现有微电子集成。
"这些电子和电极可以轻松做得比天线本身小得多，它们将在纳米制造过程中与天线集成，"Joy说，"研究人员的工作利用了50年来使晶体管和其他电子元件越来越小的研究和开发。其他组件可以非常小，整个系统可以通过针头注射放置。"
研究人员表示，天线的制造可以轻松扩大规模，可以注射多个天线和植入物来治疗身体的广大区域。
除起搏和神经调节外，这项天线的另一个可能应用是体内的葡萄糖检测。用于检测葡萄糖的光学传感器电路已经存在，但如果能将无线电源非侵入式地集成到体内，这一过程将大大受益。
"这只是一个例子，"Joy说，"我们可以利用所有这些也使用相同制造方法开发的其他技术，然后轻松地将它们集成到天线中。"
未来展望与行业影响
"我们的技术有可能为能够在人体深处无线操作的微创生物电子设备开辟新途径，"Sarkar教授表示。
这项技术的潜在影响是深远的。首先，它显著降低了医疗植入物的侵入性，患者只需接受注射而非大手术即可植入设备。其次，消除了对电池的需求，避免了电池耗尽后需要更换的二次手术。第三，低频工作方式减少了组织加热风险，提高了安全性。最后，微型化设计使得多区域治疗成为可能，可以同时监测或治疗多个身体部位。
在医疗成本不断上升的今天，这项技术有望降低长期医疗支出，减少患者住院时间，提高生活质量。特别是对于需要终身植入设备的患者，如心脏病患者或帕金森病患者，这项技术意味着更少的手术干预和更长的设备使用寿命。
从产业角度看，这项技术为医疗设备制造商提供了新的设计可能性，可以开发更小、更高效、更安全的植入式医疗设备。同时，它也为医疗物联网生态系统的发展提供了技术基础，使得更多类型的体内监测和治疗成为可能。
技术挑战与研究方向
尽管这项技术前景广阔，但仍面临一些挑战。首先是长期生物相容性问题，需要确保植入体内的材料不会引起免疫排斥或长期不良反应。其次是功率传输效率的优化，特别是在人体不同深度和不同组织类型中的表现。第三是安全标准的制定，需要建立新的规范来评估这种新型无线供电技术的长期安全性。
未来的研究方向可能包括：进一步缩小天线尺寸以提高集成度；开发更高效的磁场发生器；探索不同组织类型对功率传输的影响；以及开发针对特定应用场景的定制化解决方案。
结语
MIT媒体实验室开发的这种可注射天线技术代表了医疗植入物供电方式的一次革命性突破。它不仅解决了传统植入物电池的局限，还通过微创方式实现了深部组织设备的无线供电。随着技术的进一步发展和完善，我们有理由相信，这种创新技术将广泛应用于临床实践，为无数患者带来福音，同时也将推动整个医疗设备行业向更小、更安全、更高效的方向发展。
