Un científico iraní en la Universidad de Stanford, Amin Arbabian, junto con sus colegas de la universidad han utilizado el ultrasonido para la transferencia inalámbrica de energía y ahora están trabajando en una nueva generación de dispositivos médicos que se plantó en el interior del cuerpo para controlar la enfermedad, ofrecer terapias y aliviar el dolor.

Los ingenieros ya pueden alimentar este prototipo de chip implante médico sin necesidad de cables mediante el uso de ultrasonido. Ahora quieren que sea mucho más pequeño.

Los investigadores médicos les gustarían plantar dispositivos electrónicos diminutos en el interior de nuestro cuerpo para monitorear los procesos biológicos y ofrecer terapias en forma de puntos para tratar la enfermedad o aliviar el dolor.

Pero los ingenieros hasta el momento no han sido capaces de hacer este tipo de dispositivos de pequeño y bastante útil. Proporcionar energía eléctrica a los implantes médicos ha sido una piedra de tropiezo. El uso de cables o baterías para entregar el poder tiende a hacer que los implantes demasiado grande, demasiado torpe – o ambos.

Ahora, los ingenieros de Stanford están desarrollando una manera de enviar la energía – de forma segura y sin cables – de «chips inteligentes» programados para realizar tareas médicas e informar de los resultados.

Su enfoque consiste en que emite ultrasonidos en un pequeño dispositivo en el interior del cuerpo diseñado para hacer tres cosas: convertir las ondas sonoras entrantes en electricidad; procesar y ejecutar órdenes médicas; e informar de la actividad completado a través de una pequeña antena de radio incorporado.

«Creemos que esto permitirá a los investigadores a desarrollar una nueva generación de diminutos implantes diseñados para una amplia gama de aplicaciones médicas», dijo Amin Arbabian, profesor asistente de ingeniería eléctrica en Stanford.

El equipo de Arbabian presentó recientemente un prototipo de trabajo de este sistema de implante médico inalámbrico en la Conferencia IEEE de Circuitos Integrados de encargo en San José.

Los investigadores eligieron ultrasonido para entregar energía inalámbrica para sus implantes médicos, ya que se ha utilizado con seguridad en muchas aplicaciones, como las imágenes del feto, y puede proporcionar suficiente energía a los implantes de un milímetro o menos de tamaño.

Ahora Arbabian y sus colegas están colaborando con otros investigadores para desarrollar implantes alimentados sonido para una variedad de aplicaciones médicas, desde el estudio del sistema nervioso para tratar los síntomas de la enfermedad de Parkinson.

«Diminuto nodos inalámbricos, tales como éstos tienen el potencial de convertirse en una herramienta clave para hacer frente a los trastornos neurológicos», dijo Florian Solzbacher, un profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Utah y director de su Centro de Ingeniería Innovación.

El chip implante médico de Stanford es impulsado por «piezoelectricidad», una palabra que significa la electricidad causada por la presión.

En un material piezoeléctrico, la presión comprime su estructura molecular muy parecida a un niño que salta en una cama comprime el colchón. Cuando la presión disminuye, la estructura molecular del material piezoeléctrico, como el colchón, surge de nuevo en forma.

Cada vez que una estructura piezoeléctrica se comprime y descomprime una pequeña carga eléctrica se crea. El equipo de Stanford creó presión apuntando ondas de ultrasonido en una pequeña pieza de material piezoeléctrico montado en el dispositivo.

«El implante es como un resorte eléctrico que comprime y descomprime un millón de veces por segundo, proporcionando carga eléctrica al chip», dijo Marcus Weber, quien trabajó en el equipo con estudiantes de posgrado compañeros Jayant Charthad y Ting Chang Chia.

El efecto piezoeléctrico es el mecanismo de entrega de potencia. En el futuro, el equipo planea ampliar las capacidades del chip implante para realizar tareas médicas, como la ejecución de los sensores o la entrega de sacudidas terapéuticos de la derecha de la electricidad que un paciente siente dolor.

Por último, el «chip inteligente» contiene una antena de radio a lecturas de los sensores traseros de haz o señal de la finalización de su tarea terapéutica.

Los próximos pasos

El prototipo actual es del tamaño de la cabeza de un bolígrafo. Con el fin de diseñar una nueva generación de implantes de una décima parte de ese tamaño, los miembros del equipo han estado colaborando con dos colegas de Stanford adicionales que son expertos en ultrasonidos: Butrus (Pierre) Khuri-Yakub, profesor de investigación de la ingeniería eléctrica, y Amin Nikoozadeh, un investigador asociado con el eL Laboratorio Ginzton. El objetivo es producir dispositivos más pequeños que podrían utilizarse para crear una red de electrodos para estudiar los cerebros de animales experimentales en formas no posibles en la actualidad.

«Estados Unidos y las iniciativas europeas cerebrales están empujando para una comprensión más completa del sistema nervioso central», dijo Solzbacher. «Esto requiere ser capaz de interactuar con las células utilizando matrices de micro implantes a través de toda la estructura 3D del cerebro.»

El equipo de Arbabian quiere poner a prueba muchas otras aplicaciones que utilizan esta tecnología básica para alimentar de forma inalámbrica pequeños implantes en el interior del cuerpo.

«Muchas aplicaciones de biosensores y de estimulación requieren pequeños implantes médicos, profundas,» dijo. «Creemos que nuestra plataforma ofrece la receta para la construcción de pequeños dispositivos que pueden funcionar de forma inalámbrica y programados para realizar una amplia gama de tareas.»