Georgia Tech-ի SWANS ցանցը իմպլանտները միացնում է մարմնի հյուսվածքով

Սրտի ռիթմավարների և ինսուլինի պոմպերի նման իմպլանտների մեծ մասը մեկուսացված է աշխատում։ Georgia Tech-ի ինժեներները կառուցել են ցանցային համակարգ, որը թույլ է տալիս նրանց համակարգել միմյանց հետ. ազդանշանները փոխանցվում են մարմնի հյուսվածքով, ոչ թե անտենաներով ու ռադիոալիքներով։ Հետազոտությունը հրապարակվել է Science ամսագրում։

Ինչու ռադիոն չի սազում մարմնին

Այսօր իմպլանտները հիմնականում ապավինում են Bluetooth Low Energy-ին և NFC-ին, սակայն երկուսն էլ վատ են սազում մարմնում տվյալների փոխանցմանը, ասում է հետազոտության համահեղինակ, Georgia Tech-ի ինժեներ Alex Abramson-ը։ Միացված Bluetooth բաղադրիչները իմպլանտի մարտկոցի կյանքը նվազեցնում են մինչև 90%-ով, իսկ ռադիոկապը թուլանում է 1 սանտիմետրից ավել հյուսվածքով անցնելիս։ Ռադիոն անտենա է պահանջում, ուստի Bluetooth բաղադրիչներին անհրաժեշտ է առնվազն 5 միլիմետր լայնություն։

Ցանցը նյարդային համակարգի մոդելով

Abramson-ի խմբի այլընտրանքը կոչվում է SWANS (Smart Wireless Autonomous Networking System)։ Այն հիմնված է իոնային հաղորդականության վրա. նույն մեխանիզմը, որով նեյրոնները նատրիումի և կալիումի իոնները մեմբրանով տեղափոխելով լարման տարբերություն են ստեղծում, սակայն ազդանշանները նյարդերի փոխարեն շարժվում են սովորական հյուսվածքով։ Կրելի հաբը պարունակում է ինտելեկտ և էներգիա և արձակում է մինչև 12 վոլտ լարման իմպուլսներ։ Չժանգոտվող պողպատից միկրոասեղների պատչը իմպուլսները փոխանցում է մաշկի վատ հաղորդող արտաքին շերտին, իսկ ներարկիչով մտցվող իմպլանտները աշխատում են մարմնի ներսում։

Նրա տիրույթի բոլոր իմպլանտները որսում են իմպուլսը, բայց արձագանքում է միայն անհրաժեշտ սարքը, մոտավորապես այնպես, ինչպես մարդաշատ սենյակում մարդիկ միայն իրենց անվան վրա են շրջվում, ասում է Abramson-ը։ Ռեզիստորը և կոնդենսատորը անջատիչը կապում են իմպուլսի ուժի և տևողության կոնկրետ համակցությանը։

Փորձարկումներ հյուսվածքում և կենդանի կենդանիներում

Իմպլանտները կազմված են պասիվ բաղադրիչներից, ուստի լսելիս գրեթե էներգիա չեն ծախսում, և մարտկոցի կյանքը Bluetooth-ի ու NFC-ի համեմատ 15 անգամ ավելի է։ Մարտկոցով իմպլանտը 17 միլիմետր երկարություն, 3 միլիմետր լայնություն և 1,1 միլիմետր հաստություն ունի և տեղավորվում է 6 gauge ասեղի մեջ։ Խոզի որովայնի հյուսվածքում 10 վոլտանի իմպուլսը ստեղծել է լարման գրադիենտ ավելի քան 30 սանտիմետր լայնությամբ և 14 սանտիմետր խորությամբ։

Կենդանի առնետներում ազդանշանները հասել են մաշկի տակ, որովայնի խոռոչում և ստամոքսում տեղադրված իմպլանտներին։ Առջևի վերջույթներին ամրացված սենսորները առաջացրել են իմպուլս, որը հասել է հետին վերջույթի իմպլանտին, և վերջույթը ցնցվել է, իսկ հաղորդիչը ազդանշանը փոխանցում է միայն 40 աստիճանից բարձր ջերմաստիճանում։ Երկամսյա հետազոտության ընթացքում իմպլանտների շուրջ 1 միլիմետրից ոչ ավելի սպիական հյուսվածք է աճել, սակայն անվտանգ սահմաններում լարման բարձրացումը պահպանել է կապը։

Ինչ չի կարող անել SWANS-ը

SWANS-ը չի կարող շատ տվյալներ փոխանցել, և դա գիտակցված ընտրություն է. այն միայն հիմնական տեղեկատվությունը, օրինակ ջերմաստիճանի ցուցանիշը, փոխանցում է մարմնի մասերի միջև և դեռ չի փորձարկվել խոշոր կենդանիների կամ մարդկանց վրա։ Ըստ Abramson-ի՝ համակարգը հեշտությամբ միանում է առկա իմպլանտներին և անկախ է սենսորից կամ ակտուատորից։