磁控生物电子植入物可减轻疼痛

赖斯大学的一个工程师团队已经引进了第一种神经植入物，它既可以编程，也可以用磁场远程充电。

他们的突破可能使植入设备成为可能，如脊髓刺激装置与电池供电的磁发送器在可穿戴带。

集成的微系统称为磁电神经植入物MagN I（用于磁电神经植入物），包含磁电传感器。 这使得芯片能够从身体外的交流磁场中获得能量。

该系统是由电气和计算机工程助理教授杨开元、电气和计算机工程及生物工程副教授雅各布·鲁滨逊和研究生张浩宇共同开发的，他们都在赖斯布朗工程学院。

杨在旧金山的国际固体电路会议上介绍了这个项目。

MagNI的目标是需要对神经元进行可编程的电刺激的应用，例如帮助癫痫或帕金森病患者。

杨说：“这是第一次演示，你可以利用磁场来给植入物供电，也可以编程植入物。” 通过将磁电换能器与CMOS（互补金属氧化物半导体）技术集成，我们为许多应用提供了生物电子平台。 CMOS具有强大、高效、廉价的传感和信号处理功能。

他说，与电流刺激方法相比，MagNI具有明显的优势，包括超声波、电磁辐射、电感耦合和光学技术。

杨说：“人们一直在展示这种规模的神经刺激器，甚至更小。” 我们使用的磁电效应比主流的电力和数据传输方法有很多好处。

他说，组织不会吸收磁场，因为它们做其他类型的信号，也不会加热组织，如电磁和光学辐射或感应耦合。 “超声波没有加热问题，但是波反射在不同介质之间的界面上，比如头发、皮肤、骨骼和其他肌肉。”

由于磁场也传递控制信号，杨说MagNI也是“无校准和鲁棒的”。

他说：“它不需要任何内部电压或定时基准。”

原型装置的组件位于一个柔性聚酰亚胺基板上，只有三个组件：一个2×4毫米的磁电膜，它将磁场转换为电场，一个CMOS芯片和一个电容器来暂时储存能量。

该团队成功地测试了芯片的长期可靠性，将其浸泡在溶液中，并在空气和果冻状琼脂中进行测试，这模拟了组织的环境。

研究人员还通过令人兴奋的水来验证这项技术，这是一种由罗宾逊实验室研究的类似章鱼的小生物。 通过用实验室的微流控装置限制氢化物，他们能够看到荧光信号与生物的收缩有关，这些生物是通过与芯片接触而触发的。 该团队目前正在对不同型号的设备进行活体测试。

在目前这一代芯片中，能量和信息流只有一种方式，但杨表示，该团队正在制定双向通信策略，以促进从植入物收集数据，并使更多的应用成为可能..