Yeni Ultrason Teknolojisi Tıbbi İmplantları Kablosuz Şekilde Güçlendiriyor

İleri Medikal İmplantları Güçlendirme Zorluğu

İnsan vücudunu iyileştirmek ya da kusurlu parçaları değiştirmek, antik çağın ilk kaba protezlerinden beri tıbbın hedefi olmuştur. Mekanik bileşenler giderek daha karmaşık hale geldikçe, vücudun parçalarını değiştirme fikri bilim kurgu meraklıları arasında daha popüler hâle geldi ve yarı insan yarı makine olan sibernetik varlıkların (cyborg) düşüncesine yol açtı.

Bir ölçüde, bu durumun zaten gerçekleştiğini söyleyebiliriz; kalp pili implantları ya da kalça ameliyatları gibi rutin olarak yapılan cerrahiler, hastaların kalp kası ya da eklem sorunlarını metal implantlarla iyileştiriyor.

Sinir implantları ve diğer ileri medikal implantlar önümüzdeki on yılda gerçek olma ihtimali arttıkça, gerçek sibernetik bedenler yaratmaya her zamankinden daha yakın bir konumdayız.

Bununla birlikte, çoğu medikal implant için hâlâ tekrarlayan bir sorun var: güç kaynağı. Kalp pilleri çok sınırlı güç seviyelerine ihtiyaç duydukları için çok küçük pillerle idare ediyor. Ancak sinir çipleri gibi implantlar muhtemelen çok daha fazla enerji gerektirecek.

Geleneksel kablosuz şarj yöntemleri, akıllı telefonlar ve kulaklıklar gibi cihazlarda yaygın olarak kullanılan elektromanyetik indüksiyon ve radyo frekansı tabanlı sistemler, çeşitli zorluklarla karşı karşıyadır.

Bu yöntemler, kısa iletim mesafeleri, biyolojik dokularda düşük enerji verimliliği ve elektromanyetik parazite karşı hassasiyet gibi sorunlara açık olabilir.

Kore Üniversitesi, Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST), Sungkyunkwan Üniversitesi (SKKU – Güney Kore), Yonsei Üniversitesi (Güney Kore) ve Kaliforniya Üniversitesi araştırmacılarının çalışmasına göre başka bir yöntem mümkün olabilir.

Araştırmacılar, medikal cihazları kablosuz olarak ultrason kullanarak şarj etmenin bir yolunu geliştirdiler. Bu keşiflerini Advanced Materials dergisinde “A Body Conformal Ultrasound Receiver for Efficient and Stable Wireless Power Transfer in Deep Percutaneous Charging” başlığıyla yayımladılar.

Kablosuz Enerjinin İnsan Dokusuna Nüfuz Etmede Zorlukları

Elektronik implant edilebilir medikal cihazlar (IMD’ler), nörostimülasyon terapisi ve kardiyovasküler tedavi/izleme gibi hastalıkların veya yaralanmaların tedavi amaçlı uygulamalarında kullanılır.

Bu cihazlar, batarya değişimi için düzenli ameliyat gerektirir; bu da cerrahi bölge enfeksiyonları, biyofilm oluşumu ve yüksek sağlık hizmeti maliyetleri gibi hasta komplikasyonlarına yol açabilir.

Bazı yöntemler, bu cihazları beslemek için vücudun çevresel enerjisini, örneğin kan şekeri gibi, kullanmayı hedefler.

Bazı uygulamalarda, güç gereksinimleri bu tür seçenekleri gerçekçi olmaktan çıkarır. Gelecekteki sinir implantları gibi uygulamalarda ise bu daha da az olasıdır ve cihazların çok invaziv kalmasına neden olur.

Elektromanyetik ya da radyo dalga sistemleriyle uzaktan enerji transferi, biyolojik dokulara zayıf nüfuz eder ve istenmeyen yan etkilere yol açabilir.

Fotovoltaik kablosuz enerji transferi de doku içinde düşük ışık penetrasyonu ve termal doku hasarı sorunları nedeniyle uygun değildir.

Buna karşılık, ultrasonlar biyolojik dokular tarafından iyi tolere edilir ve derinlemesine zarar vermeden nüfuz edebilir; bu yüzden hamile kadınlar da dahil olmak üzere tanı amaçlı rutin olarak kullanılır.

Ultrasonun Kablosuz İmplant Şarjını Nasıl Sağladığı

Uzun yıllara dayanan tanı kullanım geçmişi sayesinde, ultrason zaten geniş bir tıbbi çalışma ve normlar birikimine sahiptir; bu normlar, kullanılabilecek güvenli ultrason enerji seviyelerini belirler (FDA, bunu santimetrekare başına maksimum 0.72 W olarak tanımlar).

Ultrasound’u elektriğe dönüştürebilen iki tip cihaz vardır: piezoelektrik (US-PENG’ler) ve triboelektrik nano jeneratörler (US-TENG’ler).

US-PENG’ler elektronik implantları beslemek için geliştirilmiştir, ancak genellikle kurşun bazlı piezoelektrik seramiklere dayanır; bu seramikler genellikle serttir ve toksisite endişeleri yaratabilir.

Bu nedenle araştırmacılar, US-TENG teknolojisine odaklanmayı tercih ettiler.

Bu biyouyumlu kaplamalı cihaz, 0.4 mm kalınlığında, invazif olmayan ultrason yoğunluklarında yaklaşık 6 cm derinliğe kadar elektronik cihazları besleyebilecek yüksek bir yük yoğunluğu sağlar.

Nasıl Çalışır

İnce polimerik filmler, akrilik veya polimetil metakrilat (PMMA) gibi plastik malzemelerin üst üste yığıldığı tamamen esnek bir US-TENG oluşturmak için kullanıldı.

Kaynak: Advanced Materials

Perfloroalkoksi alkanlar (PFA), mekanik enerji altında triboelektrik özellikleri nedeniyle kullanıldı. PFA filminin benzersiz özelliklerini korumak için nano ölçekli bir elektrot tabakası biriktirildi.

Elektrik yükü üretimini maksimize etmek için poliüretan (PU) ve poliviniliden florür-trifluoroetilen, ayrıca kalsiyum bakır titanat (P(VDF-TrFE)pol/CCTO) içeren sağlam bir katman da kullanıldı.

Kaynak: Advanced Materials

Gerçek Koşullarda Ultrasonla Güçlendirilmiş İmplantın Testi

Tüm cihaz daha sonra su geçirmezlik sağlamak amacıyla polidimetilsiloksan (PDMS) çözeltisi içinde kapsüllendi.

Bu esnek US-TENG, su, polimer/hidrojel ve domuz dokusunda performans açısından test edildi.

İlk pratik uygulama, bu cihazı bir kalp piline entegre ederek cihazın bataryasını değiştirmek için ek bir ameliyata ihtiyaç kalmayacak şekilde kullanmak olacaktır.

Kaynak: Advanced Materials

Paralel olarak, P(VDF-TrFE)/CCTO kompozitinin sitotoksisite ve genotoksisite açısından biyouyumluluğu doğrulandı; bu, önceki çalışmaların iddia ettiği gibi pratikte de güvenli olduğunu gösteriyor.

Enerji üretimi, cihazın titreşimini ölçen bir lazer vibrometresi kullanılarak hassas bir şekilde ölçüldü. Bu, benzer kategori teknolojisinin önceki sürümüne kıyasla US-TENG’in %44 daha yüksek bir kazanç sağladığını doğruladı.

Kaynak: Advanced Materials

Sonuç olarak, sistemin verimliliği, ultrason yoğunluğu, mesafe ve ultrason kaynağının açısına bağlı olarak test edildi; bu, insan vücudundaki bir medikal cihaz için gerçekçi koşullarda kullanılabilir olup olmadığını belirlemeyi amaçladı.

Göreceli olarak düşük ultrason yoğunluğunun, 4-8 santimetre (1.5-3 inç) derinliğe kadar mesafenin ve geniş bir açı aralığının çalışabileceği doğrulandı.

Kaynak: Advanced Materials

Medikal İmplantların Esneklik ve Dayanıklılığının Sağlanması

İmplant edilebilir medikal cihazların bir diğer zorluğu, insan vücudu bir robot çerçevesi olmadığı ve organlar, özellikle kalp kası, hareket ettiği için cihazların çok esnek olması gerektiğidir.

Bu yüzden araştırmacılar sadece esnek malzemeler kullanmakla kalmayıp, büküldüklerinde verimliliklerinin yeterli kalıp kalmadığını da ölçtüler.

Kaynak: Advanced Materials

Cihazın bir yönde büküldüğünde enerji üretiminin biraz azaldığını, ancak diğer yönde büküldüğünde hatta bir miktar arttığını buldular. Enerji üretimindeki artış, kase şeklindeki cihazda ultrason dalgalarının daha iyi hapsolması ve cihaz yüzeyindeki dalga çarpışmalarının artması sayesinde gerçekleşti.

Bu, cihazın bükülmesinin bile enerji üreten özelliklerine zarar vermeden ya da kaybetmeden çalışabildiğini gösterdi.

“Bu araştırma sayesinde, ultrason kullanan kablosuz enerji iletim teknolojisinin pratik olarak uygulanabileceğini gösterdik.

Teknolojinin pratik uygulamasını hızlandırmak için miniaturizasyon ve ticarileştirme üzerine daha fazla araştırma yapmayı planlıyoruz.”

Dr. Sunghoon Hur – KIST Araştırmacısı

Son Düşünceler: Ultrason İmplant Teknolojisi İçin Gelecek Adımlar

Kablosuz olarak şarj edilebilen medikal cihazlar, dünya çapında milyonlarca hasta için muazzam bir iyileşme sağlayacaktır.

Bu aynı zamanda, şu ana kadar gerçekçi bir enerji kaynağı eksikliği nedeniyle sınırlı kalan daha iddialı implant fikirlerinin de engelini kaldıracaktır. Bu, doğrudan kan dolaşımına ilaç veren, belirli kimyasalları izleyen, sinir implantları gibi implantları içerebilir.

Bu implant teknolojisi, yalnızca 0.4 mm kalınlık, yüksek esneklik, iyi biyouyumluluk ve nadir egzotik malzemeler gerektirmeyen kolay üretim özellikleri sayesinde hızlı bir şekilde uygulanabilir.

Teknoloji, medikal cihazların ötesinde de uygulama bulabilir; örneğin temas gerektirmeden su altı dronlarını şarj etmek için kullanılabilir ve bu da su geçirmez elektrikli şarj cihazları üretme ihtiyacını ortadan kaldırır.

Sağlık Teknolojisine Yatırım 

Koninklijke Philips N.V.

Philips, tıraş makineleri, elektrikli diş fırçaları gibi küçük tüketici elektroniği ürünleriyle tanınan bir markadır ve sağlık alanında da eşit derecede aktiftir. Örneğin, 2022 yılında Avrupa’da MedTech patent başvurularında bir numaraydı.

Bağlantılı medikal ürünlerde, giyilebilir cihazlardan görüntüleme sistemlerine, respiratörlerden medikal robotlara kadar faaliyet gösterir.

Şirket ayrıca yarı iletkenlerde (manyetik levitasyon teknolojisi dahil) ve yüksek teknoloji/robotik/otomasyon alanlarında da aktiftir; bu faaliyetlerin her biri ortak bir teknolojik temeli paylaşır.

Kaynak: Philips

Philips, kardiyak, solunum ve aktivite ölçümleri için giyilebilir cihazlar sunar. Sensörleri akıllı saatlere, sağlık monitörlerine, medikal yamalara ve aktivite takipçilerine entegre edilebilir.

Philips’in biyouyumlu sensörler, yarı iletkenler ve kablosuz çözümler konusundaki uzmanlığı, Philips’i kablosuz şarjlı ileri medikal implantlarda lider konuma getirebilir.

Medikal cihazlar için Philips, üçüncü tarafların bağlı IoT (Nesnelerin İnterneti) medikal cihazlarını Philips’in diğer çözümleriyle tam uyumlu şekilde geliştirdiği bir ortaklık çözümünü tercih eder. Bu bağlamda, müşterilerine prototipleme, düzenleyici danışmanlık, uçtan uca ürün geliştirme ve endüstriyel ölçekli üretim hizmetleri sunar.

Bu, Philips’i teknoloji odaklı bir şirket ve yenilikleri mevcut medikal cihazlara hızlı bir şekilde entegre edebilecek muhtemel bir aday yapar. Toplamda Philips’in cihazları doğrudan 1.8+ milyar insanı etkiliyor.

Şirket, sensörlerin cihazlarla uyumlu olduğu ve çoklu bağlantı çözümleriyle Philips HealthSuite Cloud çözümüne entegre edilerek derin veri analitiği yapılabilen tamamen bütünleşik bir dijital sağlık ortamı yaratmak istiyor.

Kaynak: Philips

MedTech endüstri tedarikçisi olarak, genellikle diğer markalar için üretim yaptığı için Philips, sektörde diğer daha önde gelen şirketler kadar görünür değildir. Ancak, yüksek performanslı elektronik cihazlar ve sensörler üretme konusunda uzmandır ve genellikle sağlık ve giyilebilir cihazlar nişinde mümkün olanın sınırlarını zorlar.

Giyilebilir cihazlar ve medikal elektroniklerin sağlık hizmetleri ve tıbbi protokollere giderek daha fazla entegre olmasıyla, Philips’in Healthcare segmentinin grup içinde büyümesi muhtemeldir.

En Son Koninklijke Philips N.V. (PHG) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Çalışma Referansı:

^{1. Iman M. Imani, Hyun Soo Kim, et al. Derin Perkütan Şarjda Verimli ve Stabil Kablosuz Güç Transferi için Vücut Uyumlu Ultrason Alıcı. Advanced Materials. Cilt 37, Sayı 19. 12 Mayıs 2025}