ヘルステック
新しい超音波技術が医療インプラントにワイヤレスで電力供給
Securities.io を Google の優先ソースに追加
高度医療インプラントへの電力供給の課題
人間の身体を改善したり、欠損部位を置換したりすることは、古代の粗末な義肢が登場した時代から医学の目標でした。機械部品がますます複雑になるにつれ、身体の一部を置換するという考えはサイエンスフィクション愛好家の間で人気を博し、半人半機械のサイボーグという概念へとつながりました。
ある程度は、ペースメーカーの埋め込みや股関節手術などが日常的に行われ、心筋や関節の問題を金属インプラントで補うことで、すでに実現していると言えるでしょう。
神経インプラントやその他の高度医療インプラントが今後10年で実現しそうになるにつれ、真のサイバネティックな身体を作り出すことがかつてないほど近づいています。
しかしながら、ほとんどの医療インプラントに共通する課題が依然として残っています: 電源供給です。ペースメーカーはごく小さなバッテリーで済みますが、必要とする電力が極めて低いためです。一方、神経チップのようなインプラントははるかに多くのエネルギーを必要とする可能性があります。
スマートフォンやイヤホンで一般的に使用されている電磁誘導や無線周波数（RF）ベースのシステムなど、従来のワイヤレス充電方式はさまざまな課題に直面しています。
伝送距離が短いこと、生体組織内でのエネルギー効率が低いこと、電磁干渉に対する脆弱性などの問題にさらされやすくなります。
別の方法が可能になるかもしれません。これは、韓国大学、韓国科学技術院（KIST）、成均館大学（SKKU – 韓国）、延世大学（韓国）およびカリフォルニア大学の研究者たちの研究によるものです。
彼らは、超音波を使用して医療機器をワイヤレスで再充電する方法を開発しました。彼らはこの発見をAdvanced Materials1に掲載し、タイトルは「深部経皮充電における効率的かつ安定したワイヤレス電力伝送のための体形適合超音波受信器」としています。
なぜワイヤレスエネルギーは人体組織に浸透しにくいのか
電子埋め込み型医療機器（IMD）は、神経刺激療法や心血管の治療・モニタリングなど、疾患や外傷の治療用途に使用されます。
バッテリー交換のために定期的な手術が必要であり、これにより手術部位感染、バイオフィルム形成、医療費の増大といった患者の合併症が生じる可能性があります。
血糖など体内の環境エネルギーを利用してデバイスに電力を供給しようとする方法もあります。
しかし、いくつかの用途では電力要件が高く、これらの選択肢は現実的ではありません。神経インプラントのような将来の用途では、なおさら実用的でなく、侵襲性が高いままです。
電磁波や無線波による遠隔エネルギー転送は、生体組織への浸透が乏しく、不要な副作用を引き起こす可能性があります。
光起電力（フォトボルタイク）によるワイヤレスエネルギー転送も、組織内部での光透過が低く、熱による組織損傷の問題があるため適していません。
対照的に、超音波は生体組織に対して耐性が高く、損傷を与えることなく深部まで浸透できるため、妊婦を含む診断目的で日常的に使用されています。
超音波がワイヤレスインプラント充電を可能にする仕組み
診断用途で長い歴史を持つ超音波は、すでに多数の医療研究と規格に支えられており、使用可能な安全なエネルギーレベル（FDAは平方センチメートルあたり最大0.72Wと定義）を定めています。
超音波を電気に変換できるデバイスは2種類あります: 圧電型（US-PENG）と帯電型ナノ発電機（US-TENG）です。
US-PENGは電子インプラントの電源として開発されていますが、一般的に鉛系圧電セラミックを使用しており、硬く、毒性の懸念があることが多いです。
そのため、研究者は代わりにUS-TENG技術に注目しました。
この生体適合性のカバーが施されたデバイスは厚さ0.4mmで、非侵襲的な超音波強度でも約6cmの深さまで電子機器に電力供給できる高い電荷密度を実現しています。
仕組み
薄い高分子フィルムを使用して、完全に柔軟なUS-TENGを作製しました。アクリルやポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）などのプラスチック層を重ね合わせています。
ソース: Advanced Materials
機械エネルギー下での帯電特性を利用するために、ペルフルオロアルキルアルケン（PFA）を使用しました。PFAフィルムの特性を維持するために、ナノスケールの電極層を堆積させました。
電荷生成を最大化するために、ポリウレタン（PU）とポリフッ化ビニリデンフルオリド-トリフルオロエチレン（P(VDF‑TrFE)）およびカルシウム銅チタン酸塩（CCTO）の堅牢な層も使用されました。
ソース: Advanced Materials
実環境での超音波駆動インプラントのテスト
デバイス全体は防水のためにポリジメチルシロキサン（PDMS）溶液で封止されました。
この柔軟なUS-TENGは、水中、ポリマー/ハイドロゲル、そして豚組織での性能がテストされました。
最初の実用例としては、このデバイスをペースメーカーに組み込み、バッテリー交換のための追加手術が不要になることが期待されます。
ソース: Advanced Materials
同時に、P(VDF‑TrFE)/CCTO複合材料の細胞毒性および遺伝毒性に関する生体適合性が確認され、従来の研究が示すように実際に安全であることが検証されました。
エネルギー生成はレーザーヴァイブロメータで正確に測定され、デバイスの振動が確認されました。これにより、同様のカテゴリ技術の前バージョンと比較してUS‑TENGの出力が44％向上したことが確認されました。
ソース: Advanced Materials
最終的に、超音波の強度、距離、発信角度に応じたシステム効率をテストし、ヒト体内の医療機器で実用的な条件下で使用できるかどうかを評価しました。
比較的低い超音波強度でも、深さ4〜8センチメートル（1.5〜3インチ）まで、また比較的広い角度範囲でも動作可能であることが確認されました。
ソース: Advanced Materials
医療インプラントの柔軟性と耐久性の確保
埋め込み型医療機器のもう一つの課題は、人体はロボットのフレームではなく臓器が動くため、特に心筋などは非常に柔軟である必要があることです。
そのため、研究者は柔軟な材料を使用しただけでなく、曲げた際に効率が維持できるかどうかも測定しました。
ソース: Advanced Materials
彼らは、ある方向に曲げるとエネルギー生成がやや低下する一方、逆方向に曲げるとむしろ増加することを発見しました。エネルギー生成の増加は、ボウル形状のデバイス内で超音波がより効果的に捕捉され、デバイス表面での波の衝突が増えることによるものです。
この結果、デバイスは曲げても損傷したりエネルギー生成特性を失ったりしないことが示されました。
本研究を通じて、超音波を用いたワイヤレス電力伝送技術が実用的に適用できることを実証しました。
技術の実用化を加速するため、さらなる小型化と商業化に向けた研究を進める計画です。
Dr. Sunghoon Hur – KIST 研究員
最終的考察: 超音波インプラント技術の次のステップ
ワイヤレスで再充電可能な医療機器は、世界中の何百万人もの患者にとって大きな進歩となります。
これにより、これまで実現可能なエネルギー供給が不足していたために制約されていた、より野心的なインプラント構想の制限が取り除かれます。例えば、薬剤を直接血流に投与するインプラントや、特定の化学物質をモニタリングするインプラント、神経インプラントなどが考えられます。
このインプラント技術は、厚さ0.4mm、優れた柔軟性、良好な生体適合性、希少な特殊材料を必要としない製造の容易さにより、迅速に展開可能です。
この技術は医療機器に留まらず、水中ドローンの非接触充電など、接触不要の防水電源充電器の必要性を排除する用途にも応用できる可能性があります。
ヘルステックへの投資
PHG 価格チャート
Philipsはシェーバーや電動歯ブラシなどの小型家電で知られるブランドで、ヘルスケア分野でも同様に活躍しています。例えば、2022年の欧州におけるMedTech特許出願数で第1位でした。
ウェアラブルから画像診断、呼吸器、医療ロボットに至るまで、コネクテッド医療製品に取り組んでいます。
同社は半導体（磁気浮上技術を含む）やハイテク／ロボティクス／オートメーション分野でも活動しており、すべてが共通の技術基盤を共有しています。
ソース: Philips
Philipsは心臓、呼吸、活動指標を測定するウェアラブルを提供しています。そのセンサーはスマートウォッチ、ヘルスモニター、医療パッチ、アクティビティトラッカーに統合可能です。
生体適合センサー、半導体、ワイヤレスソリューションにおけるPhilipsの専門知識は、ワイヤレス充電を備えた先進的医療インプラントのリーダーとなる可能性があります。
医療機器に関しては、Philipsはパートナーシップ型のソリューションを好みます。サードパーティ向けに、Philipsの他のソリューションと完全に互換性のあるコネクテッドIoT医療機器を開発します。その際、プロトタイピング、規制アドバイス、エンドツーエンドの製品開発、量産までを顧客に提供します。
これにより、Philipsは技術志向の企業であり、既存の医療機器へのイノベーション統合を迅速に行える有力な候補となります。総計でPhilipsのデバイスは直接的に18億人以上に影響を与えています。
同社は、センサーとデバイスが連携した完全統合型デジタルヘルスケア環境を構築し、複数の接続ソリューションを活用してPhilips HealthSuite Cloudに統合し、詳細なデータ分析を可能にしたいと考えています。
ソース: Philips
MedTech業界のサプライヤーとして、他ブランド向けの製造を多く手掛けるPhilipsは、他のより有名な企業ほど業界で目立ってはいません。しかし、同社は高性能電子デバイスやセンサーの構築に長けており、ヘルスケアやウェアラブル分野で可能性の限界を押し広げています。
ウェアラブルや医療エレクトロニクスがヘルスケアや医療プロトコルにますます統合される中、Philipsのヘルスケア部門はコングロマリットの一部として成長が見込まれます。
最新の Koninklijke Philips N.V. (PHG) 株式ニュースと動向
研究参照:
1. Iman M. Imani, Hyun Soo Kim, et al. 深部経皮充電における効率的かつ安定したワイヤレス電力伝送のための体形適合超音波受信器. Advanced Materials. Volume37, Issue19. 2025年5月12日
