在医疗技术日新月异的今天，MIT媒体实验室的研究人员开发出一种革命性的可注射天线，它尺寸仅相当于细沙粒大小，却能为体内深部医疗植入物提供无线电力，彻底改变了传统医疗植入物的工作方式。这一突破性技术有望为心脏起搏器、神经调节器以及体内生理过程监测器等设备带来全新的供电解决方案，使患者免于频繁更换电池的手术痛苦，同时大幅降低手术创伤。
传统医疗植入物的供电困境
目前，深部组织医疗植入物的供电主要面临两大挑战：一是依赖手术植入的数厘米长电池，需要定期更换；二是通过手术放置的厘米级磁性线圈进行无线供电。后一种方法仅能在高频下工作，可能导致组织加热，限制了在微型化到亚毫米尺寸时能够安全输送给植入物的功率。
"在那之后，你开始损伤细胞，" 研究团队成员Baju Joy解释道。在团队发表在《IEEE天线与传播汇刊》上的论文中指出，"在超小尺寸(小于500微米)下开发能够在低频段高效工作的天线是一项挑战。"
突破性技术：磁电效应的巧妙应用
MIT团队开发的200微米天线，通过创新技术实现了在低频(109 kHz)下的高效工作。这项技术的核心在于将磁致伸缩薄膜与压电薄膜层压在一起。磁致伸缩薄膜在磁场作用下会变形，而压电薄膜则能将变形转化为电荷。
"我们正在利用这种机械振动将磁场转化为电场，" Joy解释道。当施加交变磁场时，磁致伸缩薄膜内的磁畴会使其扭曲，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放置的电极之间产生电荷。
这项技术的最大优势在于，它能够在低频下工作，避免了高频工作导致组织加热的问题。相比之下，传统依赖金属线圈并在GHz频段工作的类似尺寸植入物天线，其功率要低4-5个数量级。
微型化与微创植入的双重突破
"这是我们缩小深部组织植入物的下一步重大进展，" Joy表示，"它 enables无需电池的植入物，可以用针头放置，而不是需要大手术。"
由于该天线采用与微芯片相同的技术制造，可以轻松与现有的微电子元件集成。"这些电子和电极可以很容易地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补充道，"研究人员的工作利用了50年来应用于使晶体管和其他电子元件越来越小的研究和开发。其他组件可以很小，整个系统可以通过针头注射放置。"
这种微型化不仅意味着更小的手术创伤，还意味着可以轻松扩展天线的制造，并通过注射多个天线和植入物来治疗身体的大面积区域。
无线供电系统的实际应用
激活天线的磁场由类似于可充电无线手机充电器的设备提供，该设备足够小，可以作为贴片贴在皮肤上，或放入靠近皮肤表面的口袋中。
这项技术的潜在应用远不止心脏起搏和神经调节。例如，体内的葡萄糖传感是一个可能的应用方向。虽然已经存在带有光学传感器的检测葡萄糖的电路，但如果能将无线电源非侵入式地集成到体内，将大大提高这一过程的效率。
"那只是一个例子，" Joy说，"我们可以利用所有其他使用相同制造方法开发的技术，然后只需将它们轻松集成到天线中。"
未来展望与行业影响
这项技术的出现，标志着医疗植入物领域的一次重大飞跃。传统上，医疗植入物的供电一直是限制其小型化、微创化和长期使用的关键因素。而这项可注射天线技术，不仅解决了供电问题，还通过微创方式植入，大大降低了患者的不适和恢复时间。
随着技术的进一步发展，我们可以预见更多基于这一平台的医疗设备将涌现，从更精准的神经调节系统到实时监测多种生理指标的智能植入物。这项技术不仅为患者带来福音，也将为医疗行业带来新的商业模式和机会。
此外，这种天线的制造可以轻松扩展，为大规模应用奠定了基础。随着人口老龄化和慢性病患者数量的增加，这种无需电池、可微创植入的医疗设备将具有巨大的市场需求和社会价值。
技术挑战与未来研究方向
尽管这项技术取得了显著进展，但仍面临一些挑战。首先，如何在保证功率传输效率的同时，进一步减小天线尺寸，是一个需要解决的问题。其次，长期植入体内的生物相容性和安全性也需要更多的研究数据支持。
未来的研究方向可能包括：优化天线材料以提高能量转换效率；开发更智能的电源管理系统，以适应不同类型的医疗植入物；探索多天线协同工作模式，以支持更复杂的医疗功能；以及开发更便捷、安全的体外供电设备。
结语
MIT媒体实验室开发的这种可注射天线技术，代表了医疗植入物领域的一次重大突破。它不仅解决了传统植入物的供电难题，还通过微创方式植入，大大提高了患者的生活质量。随着技术的不断完善和应用的拓展，我们有理由相信，这项技术将在未来的医疗健康领域发挥越来越重要的作用，为人类健康带来更多可能性。
