Исследователи из Университета Сент-Эндрюс и Кёльнского университета разработали новую платформу устройств, которая позволяет размещать меньшие по размеру беспроводные источники света внутри человеческого тела.
Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Science Advances , показывает, что такие источники света позволят использовать новые, минимально инвазивные способы лечения и лучшего понимания заболеваний, которые в настоящее время требуют имплантации громоздких устройств.
Биомедицинские имплантаты уже произвели революцию в здравоохранении, предоставив решения, которые изменили жизнь многих людей. Имплантаты на основе электродов, такие как кохлеарные имплантаты , кардиостимуляторы и стимуляторы мозга, функционируют на основе электрической возбудимости клеток человека. Они могут помочь восстановить слух, нормализовать работу сердца и смягчить последствия таких изнурительных заболеваний, как болезнь Паркинсона.
Новый подход, представленный учеными из Германии и Шотландии, основан на интеграции органических светодиодов (OLED) в «акустические антенны». OLED-дисплеи обычно встречаются в современных смартфонах и телевизорах высокого класса. Они состоят из тонких слоев органических материалов, которые можно наносить практически на любую поверхность.
«Мы воспользовались этим свойством, чтобы разместить OLED непосредственно на акустической антенне , объединив таким образом уникальные свойства обеих платформ в одно чрезвычайно компактное устройство», — объясняет профессор Малте Гатер из Школы физики и астрономии.
Новые устройства работают на частотах субмегагерцового диапазона, которые также используются в подводной связи, поскольку электромагнитные поля на этой частоте слабо поглощаются водой. Однако, в отличие от подводных лодок, предполагаемое применение в биомедицине требует очень небольшой площади устройства, поэтому классические антенны, используемые в наших радиоприемниках и смартфонах, будут слишком большими на этой частоте.
Джулиан Батчер, который разработал новые устройства в рамках своей докторской диссертации, сказал: «В отличие от классической антенны, акустическая антенна может быть очень маленькой, даже при сборе энергии из низкочастотного электромагнитного поля».
Беспроводное светоизлучающее устройство предназначено для оптической стимуляции, которая стала многообещающей альтернативой электрической стимуляции, поскольку она может быть более избирательной по отношению к клеткам и даже обеспечивать стимуляцию отдельных клеток посредством генетической модификации. Такие методы уже показали многообещающие результаты в ранних клинических испытаниях, например, при лечении неизлечимого глазного заболевания.
Для многих новых приложений необходимо стимулировать несколько участков независимо, и именно поэтому современные стимуляторы мозга часто включают в себя большое количество электродов. Этот подход наиболее широко применяется такими компаниями, как Neuralink Илона Маска. Идеальный стимулятор, однако, должен состоять из крошечных, распределенных устройств, которые могли бы питаться и считывать данные по беспроводной сети в нескольких сантиметрах внутри тела, что полностью устраняет необходимость в проводах, входящих в тело и проходящих через него.
Как и в случае с электрическими антеннами и причиной того, что радиоантенны обычно больше, чем антенны смартфонов, размер как классических, так и акустических антенн определяет частоту, на которой работает устройство, и, в свою очередь, частоту принимаемого магнитного поля. .
Это свойство используется в новых беспроводных источниках света: просто настроив рабочую частоту различных акустических антенн на разные значения, слегка варьируя их размер, ученые могут управлять несколькими своими крошечными лампочками независимо, включая и выключая каждую из них по отдельности. В будущем это может позволить индивидуально направлять несколько стимуляторов в разные части тела, например, для лечения изнурительных неврологических расстройств.
Благодаря своей новой платформе учёные стали ещё на шаг ближе к разработке «идеального стимулятора», сочетающего минимальный размер устройства, низкую рабочую частоту и оптическую стимуляцию.
Профессор Гатер стремится продолжить работу, заявив: «В качестве следующего шага мы будем работать над дальнейшим уменьшением размера наших беспроводных OLED-дисплеев и протестировать нашу технологию на модели животного».