北京時間5月21日消息，據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)站報道，一名美國斯坦福大學(xué)的電子工程師日前開發(fā)出一種方法，可以以無線方式向人體內(nèi)傳輸電力，從而驅(qū)動植入人體內(nèi)的各種微型醫(yī)療器件，如心臟起搏器，神經(jīng)刺激器，或是未來可能出現(xiàn)的其他類型的醫(yī)療器械。

這項成果發(fā)表在近日出版的《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。這是阿達(dá)·樸恩(Ada Poon)多年努力的結(jié)晶，他本人是一位電子工程學(xué)的助理教授。他的這項成果將有助于將那些復(fù)雜龐大的電池以及充電系統(tǒng)從植入型醫(yī)療器件中去除。

這項技術(shù)或?qū)㈤_辟一條通往一種新型醫(yī)學(xué)的道路，在這種新型醫(yī)學(xué)中，醫(yī)生們將更加依賴各種微型器械來治療疾病，而不是傳統(tǒng)的藥物。

樸恩表示：“我們需要將這些器械設(shè)計地越小越好，這樣才能便于更深地植入人體，從而創(chuàng)造一種全新的治療疾病或是緩和病痛的方式?！?/p>

在他們發(fā)表的論文中，樸恩的研究組詳細(xì)論述了他們研制的一種比米粒還要小的心臟起搏器。它可以通過無線方式實現(xiàn)充電，方法是拿起一張跟信用卡差不多大小的充電裝置貼在自己胸口上，這樣就能夠為植入在體內(nèi)的起搏器充電。

這是一項工程學(xué)的突破性成就——僅僅需要大致與一臺智能手機(jī)所需相同的電量，你就可以實現(xiàn)為深深植入體內(nèi)的電子器件安全地進(jìn)行無線充電。樸恩在其論文中還提到，一家獨立實驗室對他們的設(shè)備進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的輻射量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人體健康限值。

樸恩的實驗室在一頭豬的身上測試了其無線充電能力，并用一只兔子測試了其為心臟起搏器充電的功能。目前研究人員正在準(zhǔn)備開戰(zhàn)人體測試。即便接下來的人體測試順利得到批準(zhǔn)并且一切進(jìn)展順利，那么它也還將需要數(shù)年的時間才能滿足進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用階段前所要求的安全性和可靠性要求。

樸恩相信這項成果最終將會催生出新一代的可編程微型植入醫(yī)療器械——如可以監(jiān)測關(guān)鍵性生理信號的的感受器;向大腦發(fā)送神經(jīng)信號的電子激發(fā)器，以及可以直接將藥物送至患病處的體內(nèi)藥物遞送系統(tǒng)。

威廉·紐森(William Newsome)是美國斯坦福大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所主管，他表示樸恩的工作開創(chuàng)了可能性，即開發(fā)出某些“電子藥物”，用于替代傳統(tǒng)的藥品用于疾病治療。

紐森本人并未參與樸恩的研究組，但對她的工作相當(dāng)熟悉。他表示這種治療方案將會比傳統(tǒng)藥物更加有效，因為電子藥物方法將會直接將特殊的微型器械植入到大腦的特定區(qū)域并發(fā)揮作用，而傳統(tǒng)藥物則會對整個大腦產(chǎn)生作用。

紐森表示：“要想讓電子藥物實用化，這些植入器械必須進(jìn)一步小型化，并且必須實現(xiàn)無線充電，它們可以被深深地植入大腦，距離大腦表層好幾厘米。”而樸恩的研究組解決了安全地進(jìn)行無線充電的問題，讓我們在這條道路上邁出了一大步。

如何運作?

在他們的論文中還介紹了這一成果的研發(fā)團(tuán)隊，這是一個跨學(xué)科的研究組，其中包括樸恩實驗室的電子工程學(xué)研究生John Ho以及Alexander Yeh，還有訪問學(xué)者Yuji Tanabe，以及斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)中心心胸外科助理教授Ramin Beygui。

這項成果的核心就在于研究組運用了一種新的手段來控制電磁波在人體內(nèi)的傳輸。

電磁波遍布宇宙。我們每天都要接觸它們，比如我們的廣播電視信號，微波爐，現(xiàn)在甚至還有使用無線充電的電動牙刷。

在樸恩的發(fā)明問世之前，我們?nèi)粘＝佑|的電磁波可以被大致分為兩大類，即所謂的遠(yuǎn)場以及近場電磁波。

遠(yuǎn)場電磁波，如廣播塔發(fā)出的信號，可以進(jìn)行長距離傳播。但當(dāng)它們在遭遇生物組織時要么會被直接反射掉，或者就被生物體的皮膚以熱的形式吸收了。不管從哪個角度來看，這種遠(yuǎn)場電磁波都已經(jīng)被排除在了用作無線充電的備選方案之外。

而近場電磁波可以被安全地應(yīng)用于無線充電系統(tǒng)。目前的一部分醫(yī)療器械便已經(jīng)采用了這種技術(shù)，如助聽器就采用了這類技術(shù)。但它的弱點同樣明顯：它只能在短距離上傳輸能量，這樣你就必須讓充電設(shè)備緊貼皮膚才能進(jìn)行充電，并且它也要求植入的醫(yī)療器械不能深度太大，而必須靠近體表皮膚以便進(jìn)行無線充電。

而樸恩研究組所做的正是融合近場電磁波的安全性以及遠(yuǎn)場電磁波的長距離傳播性優(yōu)點。她利用了一個簡單的原理實現(xiàn)了這一目標(biāo)——波在不同的介質(zhì)中，如空氣，水體或生物體組織中的傳播速度是不同的。

比如說，當(dāng)你把耳朵貼在鐵軌上，你能更早地聽到火車正在接近的聲音。原因很簡單，因為聲波在金屬中的傳播速度要比在空氣中更快。

根據(jù)這一指導(dǎo)思路，樸恩的研究組設(shè)計了一種電源，其可以產(chǎn)生一種特殊的近場電磁波。當(dāng)這一電磁波從空氣向皮膚傳播的時候，它會改變自身狀態(tài)，以使其更利于傳播，就像聲波在鐵軌中的傳導(dǎo)一樣。

樸恩將這種新的技術(shù)稱作“中場無線傳輸”。

在PNAS的論文中論述的實驗里，樸恩利用她研制的中場傳輸系統(tǒng)直接向一個微型植入式醫(yī)療器件進(jìn)行無線充電。但同樣存在一種可能性是在植入式的醫(yī)療器件中潛入微型電池，隨后借助樸恩的系統(tǒng)為這些電池進(jìn)行無線充電。但在今天的技術(shù)條件下還無法做到這樣。

樸恩實驗室的研究生Ho表示：“借助這項技術(shù)，我們可以安全地向體內(nèi)植入的醫(yī)療器械傳輸電力，這些器械可能植入于心臟或腦部之中，這是現(xiàn)有的近場系統(tǒng)完全無能為力的?！?/p>