Новая технология позволит создавать "умные роботизированные таблетки" следующего поколения, что может привести к прорыву в медицине
Привет. Исследователи из компании Caltech разработали прототип миниатюрного медицинского устройства, которое можно было бы использовать в «умных таблетках» для диагностики и лечения заболеваний. Ключ новой технологии - и то, что делает ее уникальной среди других микромасштабных медицинских устройств, - заключается в том, что ее местоположение может быть точно идентифицировано внутри тела, что раньше сделать было очень сложно.
Фишка заключается в том, что скоро у нас будут микромасштабные устройства, которые блуждают по нашим телам, и либо диагностируют проблемы, либо исправляют их. До сих пор одна из проблем заключалась в том, что было трудно определить, где эти "умные таблетки" находятся в нашем организме а текущий момент.
В сентябрьском выпуске журнала Nature Biomedical Engineering представлен документ, описывающий новое устройство.
Новая технология, называемая ATOMS, она берет за основу принципы магнитно-резонансной томографии (МРТ), в которых расположение атомов в теле пациента определяется с помощью магнитных полей. Микроприборы также будут отслеживаться в теле с помощью магнитных полей, но вместо того, чтобы полагаться на атомы тела, микрочипы устройств будут содержат набор интегрированных датчиков, резонаторов на технологии беспроводной передачи, которые позволят имитировать магнитно-резонансные свойства атомов.
Ключевым принципом МРТ является то, что градиент магнитного поля заставляет атомы в двух разных местах резонировать на двух разных частотах, что позволяет легко определить, где они находятся. Исследователи хотели воплотить этот элегантный принцип в компактной интегральной схеме. Устройства ATOMS также резонируют на разных частотах в зависимости от того, где они находятся в магнитном поле.
Разработчики планировали сделать этот чип очень маленьким с низким энергопотреблением, но это связано с множеством технических проблем. Они должны были тщательно сбалансировать размер устройства, с учетом потребляемой энергии и эффективностью определения местоположения устройства.
Исследователи говорят, что устройства по-прежнему являются прототипами, но в один прекрасный день они смогут служить миниатюрными роботизированными надзирателями наших тел, контролируя желудочно-кишечный тракт пациента, кровь или мозг. Устройства могли измерять факторы, которые говорят о состоянии здоровья пациента, такие как pH, температура, давление, концентрации сахара, и передавать эту информацию врачам. Или, даже устройствам можно будет давать указания точечно использовать определенный тип лекарств.
У нас могут быть десятки микро устройств, которые передвигаются по всему организму, анализируя или борясь с болезнью. Эти устройства могут быть идентичными, но устройства ATOMS позволит нам знать, где все они находятся в конкретный момент времени, и даст возможность коммуницировать со всеми из них одновременно.
Это разработка может быть сравнена с сюжетом научно-фантастического фильма 1966 года «Фантастическое путешествие», в котором подводная лодка и ее экипаж сжимаются до микроскопических размеров и вводятся в кровоток пациента, чтобы излечить его изнутри, только вместо отправки одной подводной лодки, теперь будет возможность отправить целую флотилию.
Этот чип совершенно уникален: на этих принципах нет других чипов. Интеграция всех компонентов вместе на очень маленьком устройстве при сохранении низкой потребляемой мощности было сложной
комплексной задачей.
Окончательный прототип чипа, который был испытан на мышах, имеет площадь поверхности 1,4 квадратных миллиметра. Он содержит датчик магнитного поля, встроенные антенны, беспроводное сетевое устройство и схему, которая регулирует свой радиочастотный сигнал на основе силы магнитного поля для беспроводной ретрансляции местоположения микросхемы.
В обычной МРТ все эти функции находятся в атомах. Исследователи создали архитектуру, которая имитирует их функциональность в чипе.
