赖斯大学的一个工程师团队推出了首款可以被编程并可以通过磁场远程充电的神经植入物。

它们的突破可能使嵌入式设备成为可能,例如可穿戴皮带上带有电池供电的磁性发射器的脊髓刺激装置。

称为MagNI(用于磁电神经植入物)的集成微系统包含磁电换能器。这些使芯片能够从人体外部的交变磁场中获取能量。

该系统是由电气和计算机工程学助理教授杨开元开发的。电气与计算机工程与生物工程学副教授Jacob Robinson;以及莱斯大学布朗工程学院的研究生,张张宇研究员和研究生Joshua Chen的共同主要作者。

杨洁today今天在旧金山举行的国际固态电路会议上介绍了该项目。

MagNI的目标应用需要对神经元进行可编程的电刺激,例如帮助癫痫或帕金森氏病患者。

杨说:“这是您可以使用磁场为植入物供电以及对植入物进行编程的第一个演示。” “通过将磁电换能器与CMOS(互补金属氧化物半导体)技术集成在一起,我们为许多应用提供了生物电子平台。CMOS在检测和信号处理任务方面功能强大,高效且价格便宜。”

他说,MagNI比目前的刺激方法(包括超声,电磁辐射,感应耦合和光学技术)具有明显的优势。

杨说:“人们一直在展示这种规模甚至更小的神经刺激器。” “与电力和数据传输的主流方法相比,我们使用的磁电效应具有许多优势。”

他说,组织不会像其他类型的信号那样吸收磁场,也不会像电磁辐射,光辐射或感应耦合那样加热组织。“超声波没有发热问题,但波反射在不同介质之间的界面上,例如头发和皮肤或骨头和其他肌肉。”

Yang说,由于磁场还传输控制信号,因此MagNI也是“无校准且坚固耐用”的。

他说:“它不需要任何内部电压或时序基准。”

原型设备的组件位于只有三个组件的柔性聚酰亚胺衬底上:将磁场转换为电场的2×4毫米磁电薄膜,CMOS芯片和暂时存储能量的电容器。

该团队通过将芯片浸泡在溶液中并在模拟组织环境的空气和果冻琼脂中成功测试了该芯片的长期可靠性。

研究人员还通过令人兴奋的Hydra vulgaris验证了这项技术,Hydra vulgaris是鲁滨逊实验室研究的一种类似于章鱼的微小生物。通过使用实验室的微流控设备限制水合,他们能够看到与生物接触到芯片而引起的收缩相关的荧光信号。该小组目前正在对不同型号的设备进行体内测试。

在当前的芯片中,能量和信息只能以一种方式流动,但是Yang表示,该团队正在研究双向通信策略,以促进从植入物收集数据并实现更多应用