普渡大学研究人员发明无线植入式发射器，为未来生物医学设备供电

今天的电子制造商雷竞技最新app正在寻求缩小他们设备的物理足迹。也许没有人比医疗行业更迫切地要求取得进步，在医疗行业，良好的人体工程学和持续的监测可以改善患者的预后。

普渡大学团队的发射机，用于小型设备和植入物。图片由普渡大学

普渡大学的研究人员发明了一种无线动力发射器抛弃电池，转向舒适的植入。普渡大学(Purdue University)的科学家们吹嘘说，它有潜力长期跟踪眼睛和心脏健康状况。

解决常见问题

慢性疾病在美国很常见超过300万人患有青光眼，在哪里每年有647000人死于心脏病。在早期发现这些情况时，治疗是最有效的。

患者经常配备医疗设备，以加强健康监测。其中包括用于青光眼的眼压计动态心电图或事件记录仪因为心脏问题。普渡大学的发射器被战略性地植入，以帮助监测重要的健康指标，如眼压、心率、血压等。

它与其他传感器共享这些信息，提供一个人的健康状况的实时图片。读数很容易消化，患者不需要反复摆弄设备。

发射机是如何工作的?

普渡大学最新的无线频率发射器基于微芯片技术，可以与无线传感器无缝工作。相反，这些传感器存在于外部的智能设备中——尤其是智能手机或智能手表等可穿戴设备。

发射器帮助收集和中继连续的数据到生物医学设备内的感官接收器。因此，患者可以通过连接的应用程序积极地进行24/7的健康检查。普渡大学的组成部分在人体和健康监测仪之间架起了一座桥梁。

微型发射机本身没有电池。研究人员认为，电池供电的组件会太大太重——尤其是当植入眼内时。因此，发射器通过无线方式从其他连接的设备(比如智能手机)获得能量。

这是通过谐振腔来实现的，允许发射器使用其线环接收器从耦合器件收集功率。Purdue的团队已经实现了一个使用该方法效率为11.5%。因为这个微小的腔体传导的总功率更小，团队选择了低功率设计。这一决定降低了对联网设备的电力需求。

竞争优势及规格

普渡大学的芯片“是迄今为止公布的每位数字比特能耗最低的。”这项技术类似于已经在智能设备中找到的交流组件，从而减少了发展学习曲线。

生物医学设备制造商应该能够相对容易地利用这些发射器。研究人员还表示，这种发射机的紧凑设计目前在市场上是无可匹敌的。

权力和耗散

该装置是一个2.4 GHz窄带发射机，使用434 MHz。它的环状天线在感应的同时辐射一个信号。由此产生的磁场之间的相互作用促进了能量的转移。这些磁场是由交流电(动态)产生的。相比之下，感应功率耦合不能使用直流电，因为这些静电场不能携带功率。

该芯片有两种模式:连续数据模式和睡眠模式，用于设置时间段的开关数据捕获。这有助于消耗电力。睡眠能量消耗为128皮瓦。当以10mbps传输数据时，有功功率消耗是70微瓦。该单元辐射-33dBm功率，效率为7 pJ /位。普渡大学声称，这是迄今为止相关发射机报道得最好的数字。

普渡大学还增加了一个压控功率振荡器(VCPO)，它可以将电源的直流输入转换为交流输出。我们不能称之为逆变器系统，因为功率输出不够高。VCPO消除了放大和片外匹配的需要。

发射机采用CMOS技术。一个典型的CMOS产生更少的功耗(热或浪费)和高效率。半导体基础只有极小的0.18微米。相比之下，人类的头发平均厚度为125微米，比植入的发送器厚694倍。

人体对这样一个嵌入式设备会有什么反应?

减轻免疫反应

普渡大学的递质由无机材料组成，植入后免疫系统会立即将其标记为异物。

普渡大学的研究人员,就像其他科学家在他们之前做的那样-采用聚对苯二甲酸C聚合物封装装置。这种物质在生物学上与人体组织相容。它还可以帮助发射器避开雷达，避免攻击性免疫反应。

聚对二甲苯C也具有惊人的介电强度。

对偶烯C的介电强度与其他材料相比。图片由VSi聚对二甲苯

动态电流不容易破坏涂层。这种材料在保持优良绝缘体的同时，损耗也很低。这些特性使发射机作为长期植入物更安全。

人类免疫反应在植入后第一天最强，此后观察到的慢性影响很少。

规划未来

在许多方面，生物医学植入的前沿领域仍未被探索。普渡大学并不称这是一种“新颖”的设备，尽管它的未来应用前景广阔。该团队已经能够从这个体系结构中提取前所未有的性能级别。

由于该设备是基于现有组件的小型化射频技术，这个想法并不新鲜。然而，这种处决在医疗领域还没有出现。人体组织是一种棘手的介质，它会吸收并扭曲射频信号。

这些能量传输如何有效地到达它们的感觉接收器还有待观察，这些感觉接收器可以驻留在几英尺之外。普渡大学的传输器，如果嵌入到肌肉组织中，很可能很难发挥作用。

该团队将致力于发现这些限制。制造商可能还必须克服射频对人体长期影响的恐惧。尽管仍存在一些不确定性，普渡大学和设备制造商将努力在上市前解决所有问题。