植入式设备的无线、高速、低功耗通信

植入式生物电子学在医疗保健中发挥着越来越重要的作用。例如，起搏器可以帮助确保患者的心脏保持健康的跳动，神经接口设备可以通过刺激特定的大脑区域以减轻他们的神经症状，甚至将瘫痪患者的大脑与机器人肢体连接起来，从而帮助患有癫痫和其他疾病的患者。然而，植入生物电子学面临的一个主要挑战是如何将其数据通过身体传递到外部设备，以便医生和科学家进一步分析和诊断。

植入式生物电子设备现在通常是协助或监测心脏、大脑和其他重要器官的关键，但它们通常缺乏将数据传输给医生的安全、可靠方式。现在，哥伦比亚大学的研究人员发明了一种方法，通过简单、高速、低功耗的无线数据链路，它基本上可以将数据写入人体组织中的离子，然后可以从体外的接收器中以高传输速度读取。

哥伦比亚大学的研究人员开发了一种新技术，他们通过利用人体自身的通信方式完成无线传输数据。由于人体中的细胞通过交换离子来相互沟通，于是研究小组就利用了储存在组织中的电势能。

据了解，这种新离子通信方法首先会在组织内植入一对电极，其可以将设备的数据编码为交替的电脉冲，然后将这种能量储存在组织内的离子中。而另一对电极可以放置在组织的表面如皮肤上以接收存储的能量并解码数据。

该团队表示，这种技术可用于在10厘米深的组织中传输数据，与此同时其在任何深度损失的信号都要比无线电频率通信少。另外，传输速度也比其他技术快，科学家们记录的速率高达60兆赫，并且还有优化的余地。

研究人员在活体大鼠的测试中将这些离子通信系统跟神经接口植入物配对。在几周的时间里，这些设备能成功地将数据传输给外部接收器且足够精确。

研究团队表示，跟其他无线技术相比，离子通信需要更低的电压和功率，这应该使它在植入物上更加可行。利用该技术的设备还可以相当容易地由柔软的生物相容性材料制成。获 取 更多前沿科技 研究 进展访问：https://byteclicks.com

研究人员表示，下一步是使用能使用离子通信的有机晶体管创建和测试一个可植入的生物传感器。

新研究成果于 4 月 6 日发表在《科学进展》杂志上。

各向异性离子导电颗粒复合材料 (AIC)：由离子（红色和蓝色）、导电颗粒（灰色）和绝缘支架（蓝色）组成的 AIC 横截面示意图；黑线表示垂直传导路径（顶部）。AIC薄膜的扫描电子显微镜横截面图像。颜色突出了聚苯乙烯磺酸钠颗粒（红色，10 微米）和聚氨酯支架（紫色）。