Ada Poon, profesora de Stanford avanza para los implantes de los microchips médicos, inventando una manera segura de transferirles energía dentro del cuerpo.
Un sistema inalámbrico desarrollado por la Profesora Asistente Ada Poon utiliza la misma potencia que un teléfono celular para transmitir de forma segura la energía a los chips del tamaño de un grano de arroz.
La tecnología allana el camino para los nuevos dispositivos «electroceutical» para el tratamiento de la enfermedad o aliviarla, se ha inventado una manera de transferir de forma inalámbrica, energía que va más profundo en el interior del cuerpo, y luego utiliza esta energía para hacer funcionar pequeños aparatos médicos electrónicos como marcapasos, estimuladores de nervios o nuevos sensores y dispositivos aún por desarrollar.
Los descubrimientos reportados el 19 de mayo en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias culmina años de esfuerzos por Ada Poon, profesora asistente de ingeniería eléctrica, para eliminar las voluminosas baterías y sistemas de recarga torpes que impiden que los dispositivos médicos sean más ampliamente utilizados.
La tecnología podría proporcionar un camino hacia un nuevo tipo de medicina que permite a los médicos tratar enfermedades con la electrónica en lugar de las drogas.
«Tenemos que hacer que estos dispositivos lo más pequeños posible para implantar más fácilmente en lo más profundo en el cuerpo y crear nuevas formas de tratar la enfermedad y aliviar el dolor», dijo Poon.
El equipo de Poon construyó un dispositivo electrónico pequeño como un grano de arroz, que actúa como un marcapasos. Puede ser alimentado o recargarse de forma inalámbrica mediante la celebración de una fuente de alimentación como del tamaño de una tarjeta de crédito por encima del dispositivo, fuera del cuerpo.
Nueva generación de sensores
El descubrimiento central es un gran avance de la ingeniería que crea un nuevo tipo de transferencia de energía inalámbrica – utilizando más o menos la misma potencia que un teléfono celular – que puede penetrar con seguridad en el interior del cuerpo.
Como escribe Poon, un laboratorio independiente que pone a prueba los teléfonos celulares, descubrió que su sistema estaba bastante por debajo de los niveles de exposición al peligro para la seguridad humana.
Su laboratorio ha probado este sistema de carga inalámbrica en un cerdo y lo utilizó para alimentar un pequeño marcapasos en un conejo. Actualmente está preparando el sistema para realizar pruebas en humanos.
En caso de que estas pruebas sean aprobados y tengan éxito, se demoraría varios años para satisfacer los requisitos de seguridad y eficacia para el uso de este sistema de carga inalámbrica en los dispositivos médicos comerciales.
Poon cree que este descubrimiento generará una nueva generación de microimplantes programables – sensores para monitorear las funciones vitales en el interior del cuerpo; electroestimuladores para cambiar las señales neuronales en el cerebro; y sistemas de administración de fármacos para aplicar medicamentos directamente a las zonas afectadas.
Alternativas de tratamiento farmacológico
William Newsome, director del Instituto de Neurociencias de Stanford, dijo que el trabajo de Poon crea el potencial para desarrollar tratamientos «electroceutical» como alternativas a los tratamientos farmacológicos.
Newsome, que no participó en los experimentos de Poon, pero está familiarizado con su trabajo, dijo que tales tratamientos podrían ser más efectivos que los medicamentos para algunas enfermedades porque la forma de administración de los electroceutical usaría dispositivos implantables para modular directamente la actividad en los circuitos cerebrales específicos. Las Drogas, por comparación, actúan globalmente en todo el cerebro.
«Para hacer que los electroceuticals sean prácticos, los dispositivos deben ser miniaturizados, y se deben encontrar formas para alimentar de forma inalámbrica, en lo profundo del cerebro, a muchos centímetros de la superficie», dijo Newsome, el profesor de Harman Family Provostial y profesor de neurobiología en Stanford.
Y añadió: «El laboratorio de Poon ha resuelto una pieza importante del rompecabezas para la alimentación de forma segura a los microdispositivos implantables, allanando el camino para la innovación en este campo.»
¿Cómo funciona?
El artículo describe el trabajo del equipo de investigación interdisciplinario de Poon que incluía a John Ho y Alexander Yeh, estudiantes de posgrado de ingeniería eléctrica en el laboratorio de Poon; Yuji Tanabe, profesor visitante; y Ramin Beygui, profesor asociado de cirugía cardiotorácica en la Universidad de Medicina de Stanford.
El quid del descubrimiento implica una nueva forma de controlar las ondas electromagnéticas en el interior del cuerpo.
Las ondas electromagnéticas que impregnan el universo. Las usamos todos los días cuando emitimos señales de las torres de radio gigantes, cocinamos en hornos microondas o utilizamos un cepillo de dientes eléctrico que se recarga de forma inalámbrica en una cuna especial al lado del lavabo del baño.
Antes del descubrimiento de Poon, había una división clara entre los dos tipos principales de las ondas electromagnéticas en el uso diario, llamadas olas de campo lejano y de campo cercano.
Las ondas de campo lejano, como las emitidas por las torres de radio, pueden viajar a grandes distancias. Pero cuando se encuentran con el tejido biológico, o bien se reflejan en el cuerpo sin causar daño o son absorbidas por la piel en forma de calor.
De cualquier manera, las ondas electromagnéticas de campo lejano, han sido ignoradas como fuente de energía inalámbrica potencial de los dispositivos médicos.
Ondas de campo próximo se pueden utilizar con seguridad en los sistemas de energía inalámbrica. Algunos dispositivos médicos actuales, como los implantes auditivos utilizan la tecnología de campo cercano. Pero su limitación está implícita en el nombre: Pueden transferir el poder sólo en distancias cortas, lo que limita su utilidad en el interior del cuerpo.
Lo que hizo Poon fue mezclar la seguridad de las ondas de campo cercano con el alcance de las ondas de campo lejano. Ello se logra tomando ventaja de un hecho simple – las ondas viajan de manera diferente cuando entran en contacto con materiales diferentes, tales como el aire, el agua o los tejidos biológicos.
Por ejemplo, cuando usted pone su oído en las vías del tren, se puede escuchar la vibración de las ruedas mucho antes que el tren en sí, porque las ondas sonoras viajan más rápido y más a través del metal que lo hace a través del aire.
Con este principio en mente, Poon diseñó una fuente de energía que genera un tipo especial de ondas de campo próximo. Cuando esta onda especial se traslada desde el aire a la piel, cambia sus características en una forma que le permite propagarse – al igual que las ondas de sonido a través de la vía del tren.
Ella llamó a este nuevo método de transferencia mid-field wireless transfer.
En el experimento, Poon utilizó su sistema de transferencia de mitad de campo para enviar energía directamente a pequeños implantes médicos. Pero es posible construir baterías pequeñas en microimplantes, y luego recargar estas baterías de forma inalámbrica mediante el sistema de medio campo. Esto no es posible con las tecnologías actuales.
El Co-autor Ho señaló: «Con este método, podemos transmitir la suficiente energía a pequeños implantes en órganos como el corazón o el cerebro, mucho más allá de la gama de sistemas de campo cercano actuales.»
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