美国麻省理工学院研发微型天线 推动深层组织植入物无线供电
2025-11-10 14:22
来源:麻省理工学院
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麻省理工学院媒体实验室的研究人员开发出一种尺寸仅200微米的微型天线,可注入体内为深层组织医疗植入物无线供电,如心脏病起搏器、神经调节器等。该成果发表于IEEE天线与传播学报10月刊,标志着植入物微型化技术取得重要进展。研究团队负责人Deblina Sarkar表示:“这项技术为微创生物电设备开辟了新路径,使其能在人体深处无线运行。”

37  鸣叫  分享  电子邮件  家 电子与半导体 2025年10月30日   要点 可注射天线可安全地为深层组织植入物供电 作者:米凯拉·贾维斯,麻省理工学院  由丽莎·洛克 编辑 ,罗伯特·伊根审阅  编者按 一种植入大脑深处的微型可注射磁电天线可以从低频外部磁场接收能量。“我们的技术有望为微创生物电设备开辟一条新途径,这些设备可以在人体内深处无线运行,”麻省理工学院副教授德布利娜·萨卡尔 (Deblina Sarkar) 表示。图片来源:Baju Joy 麻省理工学院媒体实验室的研究人员开发了一种天线——大小与一粒细沙差不多——可以注入体内,为深层组织医疗植入物(例如心脏病患者的起搏器和癫痫或帕金森病患者的神经调节器)无线供电。   “这是深层组织植入物微型化的又一重大进展,”媒体实验室纳米控制论生物技术研究小组的博士生巴朱·乔伊说。“它使得无需电池的植入物成为可能,可以用针头植入,而无需进行大型手术。”  一篇详细介绍这项工作的论文发表在IEEE 天线与传播学报10 月份刊上。论文的共同作者包括:第一作者、媒体实验室博士生蔡宇斌;前麻省理工学院博士后 Benoît XE Desbiolles 和 Viktor Schell;麻省理工学院媒体艺术与科学博士生 Shubham Yadav;麻省理工学院材料科学与工程系讲师 David C. Bono;以及资深作者、媒体实验室 AT&T 职业发展副教授兼纳米控制论生物技术研究组负责人 Deblina Sarkar。  目前,深层组织植入物主要有两种供电方式:一种是植入体内数厘米长的电池,需要定期更换;另一种是植入体内的磁线圈,尺寸同样为厘米级,可以无线采集能量。但磁线圈供电方式仅在高频下有效,而高频可能会导致组织发热,因此当植入物小型化到亚毫米级时,其可安全传输的功率受到限制。  “超过这个极限,就会开始损伤细胞,”乔伊说。正如该团队在论文中所述,“开发一种尺寸超小(小于500微米)且能在低频段高效工作的天线是一项挑战。”  了解更多 天线 健康 天线 科学 科学 购买维生素和补充剂 健康 天线 天线 科学 这款由萨卡尔领导的研究开发的 200 微米天线,由于采用了一种新技术,可以在低频 (109 kHz) 下工作。该新技术将磁致伸缩薄膜(在施加磁场时会发生形变)与压电薄膜(将形变转换为电荷)层压在一起。  当施加交变磁场时,磁致伸缩薄膜内部的磁畴会使薄膜发生形变,就像一块交织着金属片的织物在强磁场作用下会发生形变一样。磁致伸缩层中的机械应变会导致压电层在其上下电极之间产生电荷。  “我们正在利用这种机械振动将磁场转换为电场,”乔伊说。  萨卡尔表示,新开发的这种天线比同等大小、依靠金属线圈且在GHz频率范围内工作的植入式天线功率高出四到五个数量级。  “我们的技术有可能为微创生物电设备开辟一条新途径,这些设备可以在人体深处无线运行,”她说。  激活天线的磁场由类似于可充电无线手机充电器的装置提供,其体积小巧,可以作为粘贴贴片贴在皮肤上,或者塞进靠近皮肤表面的口袋里。  由于天线采用与微芯片相同的技术制造,因此可以很容易地与现有的微电子产品集成。  “这些电子元件和电极很容易就能做得比天线本身小得多,而且它们会在纳米制造过程中与天线集成在一起,”乔伊说道。他还补充说,研究人员的工作利用了过去50年来在晶体管和其他电子元件小型化方面积累的研发成果。“其他组件也可以非常微小,整个系统可以通过针头注射植入。”  研究人员表示,这种天线的生产很容易扩大规模,而且可以注射多个天线和植入物来治疗身体的大面积区域。  除了用于心脏起搏和神经调控外,这种天线的另一个潜在应用是体内葡萄糖传感。目前已经存在带有光学传感器的葡萄糖检测电路,但如果能配备可无创集成到体内的无线电源,该过程将得到极大的改进。  “这只是一个例子,”乔伊说。“我们可以利用所有其他采用相同制造方法开发的技术,然后轻松地将它们集成到天线中。”  更多信息: Yubin Cai 等人,《用于注射式深层组织植入物无线能量收集的低频亚0.5毫米磁电天线》,IEEE 天线与传播学报(2025)。DOI :10.1109/tap.2025.3594009  期刊信息: IEEE 天线与传播学报  由麻省理工学院 提供  本文经麻省理工学院新闻网站 ( web.mit.edu/newsoffice/ ) 授权转载,该网站是报道麻省理工学院研究、创新和教学新闻的热门网站。  进一步探索  Cell Rover:探索和增强细胞内部世界 Facebook  叽叽喳喳  电子邮件  给编辑的反馈  精选 最后评论 受欢迎的 为无线通信开发了一种受全息术启发的新型可重构表面 2025年11月7日  0  新型电解液助力全固态电池克服长期存在的5V稳定性瓶颈 2025年11月6日  0  受大脑启发而研发的芯片正在帮助电子鼻更好地模拟人类的嗅觉。 2025年11月4日  0  新型二极管链可用于开发高功率太赫兹技术 2025年10月31日  0  基于RRAM的模拟计算系统能够快速、高精度地求解矩阵方程。 2025年10月30日  0   一种利用植物废料和氨基酸的绿色替代发光材料用于显示器 15小时前  采用氟化阻挡化合物实现钙钛矿太阳能电池的长期稳定性 2025年11月7日  研究显示,人类拥有类似矶鹬的远程触觉“第七感”。 2025年11月7日  人工智能发现的磁性材料有望减少对稀土的依赖 2025年11月7日  采用新型锂铝合金相,可实现更快的充电速度和更长的续航时间的固态电池。 2025年11月7日  人工智能技术可以将LLM聊天机器人的对话记忆压缩3-4倍。 2025年11月7日  为无线通信开发了一种受全息术启发的新型可重构表面 2025年11月7日  电化学充电过程中发生的意外铁腐蚀解释了非典型氢渗透行为的成因 2025年11月7日  化缺陷为优势:研究人员重新定义机器人的运动方式 2025年11月7日  双层次工程策略在高性能锂硫电池领域展现出应用前景 2025年11月6日  了解更多 天线 健康 天线 天线 科学 健康 科学 天线 购买维生素和补充剂 科学 1 2             Phys.org 每日科学新闻,涵盖研究进展和最新科学创新  Medical Xpress 医学研究进展和健康新闻  科学X 网络上最全面的科技新闻报道  新闻简报 电子邮件 Science X Daily 和每周电子邮件新闻简报是免费服务,让您可以通过电子邮件收件箱接收您喜爱的科技新闻更新。 跟着我们 顶部 家 搜索 移动版 帮助 常问问题 关于 接触 请支持我们 科学X账户 通讯 档案 安卓应用 iOS 应用 工作机会 推送通知 © Tech Xplore 2014 - 2025,由Science X Network提供技术支持 隐私政策 使用条款  1 / 1一种植入大脑深处的微型可注射磁电天线可以从低频外部磁场接收能量。“我们的技术有望为微创生物电设备开辟一条新途径,这些设备可以在人体内深处无线运行,”麻省理工学院副教授德布利娜·萨卡尔 (Deblina Sarkar) 表示。

传统深层组织植入物依赖厘米级电池或磁线圈供电,前者需定期手术更换,后者在高频下易引发组织发热,限制了小型化设备的功率传输。研究团队通过将磁致伸缩薄膜与压电薄膜层压,开发出可在低频(109 kHz)下工作的新型天线。当交变磁场施加时,磁致伸缩薄膜的形变通过压电层转换为电荷,实现磁场到电场的转换。博士生巴朱·乔伊解释:“这种机械振动机制避免了高频发热问题,同时将功率提升至同等尺寸金属线圈天线的四到五个数量级。”

该天线采用与微芯片兼容的制造工艺,可轻松集成现有电子元件。激活天线的磁场由贴片式装置提供,体积小巧,可通过针头注射植入体内。研究团队指出,天线生产易于规模化,未来或可注射多个设备治疗大面积区域。除心脏起搏与神经调控外,该技术还可应用于体内葡萄糖传感,通过无线供电优化现有光学传感器电路。乔伊强调:“所有基于相同制造方法的技术均可集成到天线中,拓展应用场景。”

更多信息: Yubin Cai 等人,《用于注射式深层组织植入物无线能量收集的低频亚0.5毫米磁电天线》,IEEE 天线与传播学报(2025)。期刊信息: IEEE 天线与传播学报

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