Bagong Teknolohiyang Ultrasound Nagpapagana ng Medikal na Implan na Walang Kable

Ang Hamon sa Pagpapakain ng Mga Advanced na Medikal na Implan

Improving the human body, or replacing defective parts, has been a goal of medicine as long ago as the first crude prosthesis of antiquity. Progressively, as mechanical components become more complex, the idea of replacing parts of the body became increasingly popular among science fiction enthusiasts, leading to the idea of cyborgs, people that would be half-human, half-machine.

Sa ilang antas, maari nating sabihing nangyayari na ito, sa pamamagitan ng mga operasyon tulad ng pag-implant ng pacemaker o mga operasyon sa balakang na ginagawa nang regular at tumutugon sa mga problema sa kalamnan ng puso o kasukasuan ng mga pasyente, pinapabuti ang mga ito gamit ang mga metal na implant.

Habang ang mga neural implant at iba pang advanced na medikal na implant ay nagiging posibleng realidad sa darating na dekada, mas lalong lumalapit tayo sa paglikha ng tunay na cybernetic na katawan.

Gayunpaman, may patuloy na suliranin para sa karamihan ng medikal na implant: suplay ng enerhiya. Ang mga pacemaker ay gumagamit ng napakaliit na baterya dahil kailangan lamang nila ng limitadong antas ng kapangyarihan. Ngunit ang mga implant tulad ng neural chip ay malamang na mangailangan ng mas maraming enerhiya.

Ang tradisyonal na mga paraan ng wireless charging, tulad ng electromagnetic induction at mga sistemang batay sa radio frequency na karaniwang ginagamit sa mga smartphone at earbuds, ay humaharap sa ilang hamon.

Maaaring maging bulnerable ito sa mga isyu tulad ng maikling distansya ng transmisyon, mababang kahusayan ng enerhiya sa mga biyolohikal na tisyu, at kahinaan sa electromagnetic interference.

Maaaring maging posible ang isa pang pamamaraan, ayon sa trabaho ng mga mananaliksik mula sa Korea University, Korea Institute of Science and Technology (KIST), Sungkyunkwan University (SKKU – South Korea), Yonsei University (South Korea), at University of California.

Nakapag-develop sila ng paraan upang i-recharge ang mga medikal na device nang wireless gamit ang ultrasound. Inilathala nila ang kanilang natuklasan sa Advanced Materials¹, sa pamagat na “A Body Conformal Ultrasound Receiver for Efficient and Stable Wireless Power Transfer in Deep Percutaneous Charging”.

Bakit Nahihirapan ang Wireless na Enerhiya na Tumagos sa Tisyu ng Tao

Electronic implantable medical devices (IMDs) are used in therapeutic applications of diseases or injuries, such as neurostimulation therapy and cardiovascular curing/monitoring.

Ang mga electronic implantable medical devices (IMDs) ay ginagamit sa mga therapeutic na aplikasyon para sa mga sakit o pinsala, tulad ng neurostimulation therapy at cardiovascular na paggamot/pag-monitor.

Kailangan nila ng regular na operasyon para sa pagpapalit ng baterya, na maaaring magdulot ng komplikasyon sa pasyente tulad ng impeksyon sa lugar ng operasyon, pagbuo ng biofilm, at mataas na gastusin sa pangangalagang pangkalusugan.

May ilang pamamaraan na sinusubukang gamitin ang ambient na enerhiya ng katawan, tulad ng enerhiya mula sa asukal sa dugo, upang mapagana ang mga device na ito.

Para sa ilang aplikasyon, ang pangangailangan sa kapangyarihan ay ginagawang hindi makatotohanang ang ganitong mga opsyon. Para sa mga hinaharap na aplikasyon tulad ng neural implant, mas malamang na hindi ito gagana, na magreresulta sa napaka-invasibong pamamaraan.

Ang remote na paglilipat ng enerhiya gamit ang electromagnetic o radio wave na mga sistema ay mahina ang pagpasok sa mga biyolohikal na tisyu at maaaring magdulot ng hindi kanais-nais na mga side effect.

Ang photovoltaic wireless energy transfer ay hindi rin angkop dahil sa mga isyu ng mababang pagpasok ng liwanag sa loob ng tisyu at thermal na pinsala sa tisyu.

Sa kabaligtaran, ang ultrasound ay madaling tinatanggap ng mga biyolohikal na tisyu at maaaring tumagos nang malalim nang hindi nagdudulot ng pinsala, kaya’t ito ay regular na ginagamit para sa diagnostic na layunin, kabilang ang mga buntis na babae.

Paano Pinapagana ng Ultrasound ang Wireless na Pag-charge ng Implan

Thanks to its long history of use in diagnostics, ultrasound already benefits from a large body of medical studies and norms determining the safe energy levels of ultrasounds that can be used (the FDA defines this as a maximum of 0.72 W per square centimeter).

Dalawang uri ng device ang maaaring mag-convert ng ultrasound sa kuryente: piezoelectric (US-PENGs) at triboelectric nanogenerators (US-TENGs).

Ang US-PENGs ay nadevelop para sa pagpapagana ng mga electronic implant, ngunit karaniwang umaasa sa lead-based na piezoelectric ceramics, na madalas matigas at maaaring magdulot ng alalahanin sa toxicity.

Kaya’t nagtuon ang mga mananaliksik sa teknolohiyang US-TENG.

Ang biocompatible na device na ito, na may kapal na 0.4 mm, ay nakakamit ng mataas na charge density na angkop para sa pagpapagana ng mga electronic device hanggang humigit-kumulang 6 cm na lalim sa noninvasive na intensity ng ultrasound.

Paano Ito Gumagana

Thin polymeric films were used to create a fully flexible US-TENG, with layers of plastic material piled on each other, including acrylic or poly-(methyl methacrylate) (PMMA).

Pinagmulan: Advanced Materials

Ginamit ang Perfluoroalkoxy alkanes (PFA) para sa kanilang triboelectric na katangian sa ilalim ng mekanikal na enerhiya. Isang nano-scale na layer ng electrode ang inilagay upang mapanatili ang natatanging katangian ng PFA film.

Isang matibay na layer ng polyurethane (PU) at polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene, at calcium copper titanate (P(VDF-TrFE)pol/CCTO) ay ginamit din upang mapalaki ang produksyon ng electric charge.

Pinagmulan: Advanced Materials

Pagsusuri ng Ultrasound-Powered Implant sa Tunay na Kundisyon

The entire device was then encapsulated in a polydimethylsiloxane (PDMS) solution for waterproofing.

Ang buong device ay pagkatapos nilagyan ng polydimethylsiloxane (PDMS) solution para sa waterproofing.

Ang flexible na US-TENG na ito ay sinubukan para sa performance sa tubig, polymer/hydrogel, at porcine tissue.

Ang unang praktikal na aplikasyon ay ilagay ang device na ito sa isang pacemaker upang hindi na kailangan ng karagdagang operasyon para palitan ang baterya ng device.

Pinagmulan: Advanced Materials

Kasabay nito, nakumpirma ang biocompatibility ng P(VDF-TrFE)/CCTO composite kaugnay ng cytotoxicity at genotoxicity, na nagpapatunay na ito ay kasing ligtas sa praktika tulad ng sinasabi ng mga naunang pag-aaral.

Ang pagbuo ng enerhiya ay eksaktong sinukat gamit ang laser vibrometer, sinusuri ang pag-ugoy ng device. Ito ay nagpatunay ng 44% na pagtaas ng gain ng US-TENG kumpara sa huling bersyon ng katulad na teknolohiya.

Pinagmulan: Advanced Materials

Sa huli, sinubukan nila ang kahusayan ng sistema batay sa intensity ng ultrasound, distansya, at anggulo ng pinagmulan ng ultrasound, upang matukoy kung magagamit ito sa realistiko na kundisyon para sa medikal na device sa katawan ng tao.

Nakumpirma nito na ang medyo mababang intensity ng ultrasound, distansyang hanggang 4-8 sentimetro (1.5-3 pulgada) at medyo malawak na saklaw ng mga anggulo ay maaaring gumana.

Pinagmulan: Advanced Materials

Pagtitiyak ng Flexibility at Durability ng Mga Medikal na Implan

Another challenge of implantable medical devices is that they ideally need to be very flexible, because the human body is not a robotic frame and organs move, especially the cardiac muscle.

Isa pang hamon ng mga implantable na medikal na device ay dapat silang maging napaka-flexible, dahil ang katawan ng tao ay hindi isang robotic na balangkas at ang mga organ ay kumikilos, lalo na ang kalamnan ng puso.

Ito ang dahilan kung bakit hindi lamang gumamit ng flexible na materyales ang mga mananaliksik kundi sinukat din kung nananatili itong epektibo kapag yumuko.

Pinagmulan: Advanced Materials

Natuklasan nila na nawawalan ito ng kaunting pagbuo ng enerhiya kapag yumuko sa isang direksyon, ngunit nakakuha pa ng kaunti kapag yumuko sa kabilang direksyon. Ang pagtaas ng pagbuo ng enerhiya ay dahil sa pinahusay na pag-trap ng mga ultrasound wave sa bowl-shaped na device at pagtaas ng banggaan ng mga wave sa ibabaw ng device.

Ipinakita nito na ang device ay maaaring yumuko nang hindi nasisira o nawawalan ng kakayahang lumikha ng enerhiya.

“Sa pamamagitan ng pananaliksik na ito, napakita namin na ang teknolohiyang wireless power transmission gamit ang ultrasound ay maaaring ilapat nang praktikal.

Plano naming magsagawa ng karagdagang pananaliksik para sa miniaturization at komersyalisasyon upang mapabilis ang praktikal na aplikasyon ng teknolohiya.”

Dr. Sunghoon Hur – Mananaliksik sa KIST

Huling Kaisipan: Mga Susunod na Hakbang para sa Teknolohiyang Ultrasound Implant

Medical devices that could be recharged wirelessly would be a tremendous improvement for millions of patients globally.

Ang mga medikal na device na maaaring i-recharge nang wireless ay magiging napakalaking pagpapabuti para sa milyun-milyong pasyente sa buong mundo.

Ito rin ay mag-aalis ng limitasyon sa mas ambisyosong ideya ng implant na hanggang ngayon ay napigilan ng kakulangan ng realistiko at sapat na suplay ng enerhiya upang maisakatuparan ang gawain. Maaaring kabilang dito ang mga implant na nagdadala ng gamot direkta sa daloy ng dugo, nagmo-monitor ng tiyak na kemikal, neural implant, atbp.

Ang teknolohiyang implant na ito ay maaaring mabilis na maipakalat, na may kapal na 0.4 mm lamang, matibay na flexibility, mahusay na biocompatibility, at madaling pagmamanupaktura nang walang mga bihirang materyales.

Ang teknolohiya ay maaaring magamit pa sa labas ng medikal na mga device, dahil maaari rin itong gamitin para i-recharge ang mga underwater drone nang hindi kailangan ng kontak, na nag-aalis ng pangangailangan para sa paggawa ng waterproof na electric charger.

Pamumuhunan sa HealthTech 

Ang Philips ay isang kilalang tatak ng maliit na consumer electronics (shavers, electric toothbrushes), na aktibo rin sa pangangalagang pangkalusugan. Halimbawa, ito ang #1 sa pag-file ng MedTech patent sa Europa noong 2022.

Aktibo ito sa mga konektadong medikal na produkto, mula sa wearables hanggang imaging, respirators, o medikal na robot.

Ang kumpanya ay aktibo rin sa semiconductors (kasama ang teknolohiyang maglev) at high-tech/robotics/automation, kung saan ang bawat aktibidad ay may iisang teknolohikal na base.

Pinagmulan: Philips

Nag-aalok ang Philips ng mga wearables para sa cardiac, respiratory, at activity metrics. Ang mga sensor nito ay maaaring i-integrate sa mga smartwatch, health monitor, medical patch, at activity tracker.

Ang kadalubhasaan ng Philips sa biocompatible sensors, semiconductors, at wireless solutions ay maaaring magtulak dito bilang lider sa advanced na medikal na implant na may wireless charging.

Para sa mga medikal na device, pinapaboran ng Philips ang solusyon ng pakikipagsosyo, kung saan nagde-develop ito para sa ikatlong partido ng kanilang konektadong IoT (Internet of Things) na medikal na device na ganap na compatible sa iba pang solusyon ng Philips. Sa kontekstong ito, nag-aalok ito sa mga kliyente nito ng prototyping, regulasyon na payo, end-to-end na pag-develop ng produkto, at produksyon sa antas ng industriya.

Ginagawa nitong isang technology-focused na kumpanya ang Philips at isang posibleng kandidato para sa mabilis na pag-integrate ng mga inobasyon sa umiiral na medikal na device. Sa kabuuan, ang mga device ng Philips ay direktang nakakaapekto sa 1.8+ bilyong tao.

Nais ng kumpanya na lumikha ng ganap na integrated na digital healthcare environment, kung saan ang mga sensor ay tumutugma sa mga device, at pagkatapos ay gumamit ng maraming connectivity solution upang maisama sa Philips HealthSuite Cloud solution at magbigay ng masusing data analytics.

Pinagmulan: Philips

Bilang isang MedTech industry supplier, na madalas nagmamanupaktura para sa ibang mga tatak, ang Philips ay hindi kasing halata sa sektor kumpara sa iba pang mas kilalang kumpanya. Gayunpaman, ito ay isang dalubhasa sa paggawa ng high-performance na electronic device at sensor, na madalas itinutulak ang mga hangganan ng kung ano ang posible sa kanyang niche sa healthcare at wearables.

Sa pagtaas ng integrasyon ng mga wearables at medikal na electronics sa healthcare at medikal na protokol, malamang na lalago ang Healthcare segment ng Philips bilang bahagi ng konglomerado.

Pinakabagong Balita at Pag-unlad sa Stock ng Koninklijke Philips N.V. (PHG)

Pagbabanggit sa Pag-aaral:

^{1. Iman M. Imani, Hyun Soo Kim, et al. A Body Conformal Ultrasound Receiver for Efficient and Stable Wireless Power Transfer in Deep Percutaneous Charging. Advanced Materials. Volume37, Issue19. Mayo 12, 2025}