近些年來，可消化的醫(yī)療電子設備例如可消化的內(nèi)窺鏡、胃起搏器、給藥器等等，逐漸成為便攜式醫(yī)療設備之外的又一創(chuàng)新熱點。

這些可消化的醫(yī)療電子設備，和傳統(tǒng)醫(yī)療設備相比，具有體積小、創(chuàng)傷小、靈活、便捷的特點，并且可實時檢測和治療疾病。

例如：《這個微型傳感器就像你吞下的聽診器》一文中，John 就介紹過一種可吸收的傳感器，它可以檢測心率和胃腸道的呼吸。

（圖片來源于： Albert Swiston/麻省理工學院林肯實驗室）

另外，還有一種由麻省理工學院研發(fā)的星型給藥設備，它折疊封裝于一個膠囊內(nèi)，一旦服下，可數(shù)周或者數(shù)月的逐漸給藥。

（圖片來源于： Melanie Gonick/麻省理工學院）

一般來說，這些可消化的電子設備需要在人的消化道里長期駐留，進行體溫監(jiān)測、胃腸道環(huán)境監(jiān)測、發(fā)放藥物等活動，為了保證其在消化道內(nèi)穩(wěn)定有效地工作，持續(xù)、安全、穩(wěn)定的能量供應顯得十分重要。

說起能量供應，我們首先會想到電池。但是，電池應用于這些可消化的醫(yī)療電子設備，有兩個重要缺陷：

電池可能無法和胃腸道的粘膜兼容，會引起人體不適。

電池的生命周期有限，如果沒電了，又無法充電，那么必然要更換電池，可是在人體內(nèi)消化道內(nèi)更換電池不是一件容易的事。

但是，科學家們?nèi)晕赐Ｖ箤τ陔姵氐奶剿鳎槭±砉W院和布列根和婦女醫(yī)院科研團隊研發(fā)過一種“新型電池”，它由胃酸提供能量，給小型醫(yī)療傳感器或者給藥設備供電，使其在腸道可以駐留更長時間。

（圖片來源于：麻省理工學院）

可是，這種方案也存在一個缺陷就是隨著時間的推移，電池的金屬電極有時候會停止工作。

那么，我們不禁要問：

除了電池以外，還有其它能量供給方案嗎？

創(chuàng)新

最近，麻省理工學院和布列根、婦女醫(yī)院科研團隊和查爾斯斯塔克德雷珀實驗室的科研人員進行了創(chuàng)新探索，它可以通過無線能量傳輸?shù)姆绞剑瑸橄纼?nèi)的可消化的醫(yī)療電子設備供電。

（圖片來源于：麻省理工學院）

這項研究的論文于4月27日的發(fā)表在《科學報告》雜志上。論文的首作者是麻省理工學院的前研究生 Abubakar Abid，其它作者還有麻省理工學院的教授 Robert Langer、助理研究員 Giovanni Traverso 等。

簡單一點說，它的創(chuàng)新點在于：

通過身體外部的天線，向消化道內(nèi)的天線，進行無線能量傳輸。而這些能量足以保證傳感器正常工作，例如檢測消化道環(huán)境、溫度、特殊營養(yǎng)成本等指標。

技術

接下來，聊聊這項創(chuàng)新采用的技術。

起初，研究人員考慮使用「近場耦合」的能量傳輸技術，即使用兩根天線，在非常近的距離內(nèi)傳輸能量。目前，這項技術已經(jīng)用于某些手機充電器中。

但是，因為可消化的電子設備位于消化道內(nèi)，所以需要的能量傳輸距離是5到10厘米。

另外，為了保證一定的能量傳輸效率，就會要求接收端天線變得大一點。但是，作為需要進入消化道的小型設備來說，體積必須足夠小才能便于吞服，所以這又造成了一對矛盾體。

在這樣的挑戰(zhàn)下，他們采用了一種「中場耦合」的能量傳輸技術，這項技術的傳輸距離更長了一點，能量傳遞效率也較高。

之前，斯坦福大學的科研人員設計過一種植入式的心臟起搏器，就采用過類似的技術進行能量供應。

（圖片來源于：斯坦福大學）

在研究過程中，研究人員通過模擬，評估了中場耦合的效率和特定的輻射吸收速率，如下圖所示：

另外，為了測試中場耦合能否有效地將體外的能量，帶給消化道內(nèi)的設備，科學家設計出了一種可在活體組織中有效工作的天線。

隨后，他們用豬進行測試，在它的身體外放置一個發(fā)射天線，分別在它的食道、胃、結(jié)腸這三個不同的位置放置接收天線。

經(jīng)過測量，傳輸功率分別是37.5 微瓦、123 微瓦 、173 微瓦，足以給體內(nèi)的電子設備供電，而且重要的是，不會損傷組織。

價值

這項技術最大的價值，就是可以取代電池。

這種方型的天線邊長6.8毫米，十分小巧，便于進入消化道。但是，外部的天線可以做的更大點，從而可以提供更多的能量。

所以，這項創(chuàng)新為我們提供一種新的方式和思路，讓我們在為無線設備供電時，不再拘泥于電池。

另外，這項技術可以和其它電子技術進行深度融合，進一步應用于傳感器、監(jiān)控、刺激或者驅(qū)動方面。

未來

研究人員將繼續(xù)開發(fā)更多不同的方式，為消化道內(nèi)的電子設備供電，他們希望這些設備在5年左右的時間內(nèi)，可以用于人體測試。

據(jù)研究人員稱，他們還將更加仔細地分析動物的尺寸、天線的深度、方向和傳輸?shù)纫蛩兀屇芰總鬏斪兊酶痈咝А?/p>