新技術使用人體自然產生的離子，來幫助無線傳輸數據

植入式生物電子學在醫療保健中發揮著越來越重要的作用。例如，起搏器可以幫助確保患者的心臟保持健康的跳動，神經接口設備可以通過刺激特定的大腦區域以減輕他們的神經癥狀，甚至將癱瘓患者的大腦與機器人肢體連接起來，從而幫助患有癲癇和其他疾病的患者。

然而，植入生物電子學面臨的一個主要挑戰是如何將其數據通過身體傳遞到外部設備，以便醫生和科學家進一步分析和診斷。

近日，哥倫比亞大學的研究人員發明了一種方法，通過使用體內天然存在的離子，將數據以兆赫茲速率（即每秒數百萬比特）傳輸。

離子通信涉及植入組織內的一對電極，以及放置在該組織表面上的另一對電極。植入的設備將數據編碼成交替的電脈沖，在組織內儲存能量。反過來，表面接收器可以檢測到這種能量并對其進行解碼。

在實驗中，科學家們使用離子通信為老鼠創建了一個完全可植入的神經接口。它可以在數周內從自由移動的嚙齒動物身上獲取和非侵入性地傳輸大腦數據，并具有足夠的穩定性來分離來自單個神經元的信號。

科學家們利用10條通信線路和目前可用的商用電子設備，實現了60兆赫的通信速率。他們估計，單個離子通信線路可能會實現高達14兆赫的通信速率。

科學家們指出，與無線電或超聲波通信相比，離子通信需要低電壓和低得多的功率。他們的實驗還表明，他們的離子通信設備在數據通信方面的能效比植入式生物電子學使用的其他方法高出數千到數百萬倍。

此外，離子通信設備可以由柔軟、生物相容（即對活體組織無害）甚至可生物降解的材料制成，這表明它們可以很容易地用于實際的可植入設備中。

該研究論文題為“Ionic communication for implantable bioelectronics”，已發表在Science Advances上。

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論文原文：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm7851

標簽： 無線傳輸