Новая беспроводная система может питать медицинские имплантаты при их растяжении

За последние несколько десятилетий инженеры-электронщики разработали все более совершенные имплантируемые медицинские устройства. Однако надежное питание некоторых из этих устройств может быть сложной задачей, особенно если они изготовлены из растягивающихся материалов, которые перемещаются вместе с телом.

Исследователи из Института фундаментальных наук (IBS), Сеульского национального университета и других учреждений Южной Кореи недавно разработали новую беспроводную систему питания, которая может обеспечивать энергией мягкие имплантируемые устройства, даже когда они растягиваются или двигаются. Новая система, представленная в статье, опубликованной в журнале Nature Electronics, первоначально использовалась для разработки кардиостимулятора - медицинского устройства, которое использует электрические импульсы для управления сердцебиением.

"Эта работа началась с практического вопроса: как мы можем надежно запитать беспроводной имплантат в теле, которое постоянно находится в движении?" Дэ-Хен Ким, старший автор статьи, рассказал Tech Xplore. "Достижения в области мягкой электроники позволили имплантатам приспосабливаться к живым тканям и их естественному движению, что помогает снизить механическую нагрузку и поддерживать стабильный контакт. Однако, поскольку эти имплантаты перемещаются и даже растягиваются внутри тела, изменения их положения и формы могут нарушить беспроводную подачу энергии".

Ким и его коллеги хотели преодолеть ограничения некоторых существующих систем удаленного обеспечения энергией медицинских имплантатов. Их целью было разработать адаптивную беспроводную систему питания, которая могла бы адаптироваться к деформациям и изменениям формы, обеспечивая надежную работу мягких имплантатов, когда они находятся внутри тела, а не в тщательно контролируемых лабораторных условиях.

"Наша система основана на симметрии четности по времени (PT), концепции квантовой физики, которая в настоящее время применяется в оптических и электронных системах", – пояснил Ким. "При беспроводной передаче энергии этот принцип обеспечивает стабильную передачу энергии, уравновешивая энергию, поступающую от передатчика, с энергией, потребляемой приемником. Мы реализуем это с помощью усилителя и схемы обратной связи в передатчике, что позволяет системе автоматически адаптировать свою рабочую частоту при изменении связи с приемником".

Система питания команды состоит из двух ключевых компонентов: носимого передатчика, который предназначен для ношения вне тела, и растягивающегося приемника, встроенного в имплантат. Энергия передается между этими двумя компонентами без проводов, соединяющих их.

"We developed an intrinsically stretchable liquid-metal receiver that maintains high electrical conductivity during deformation," said Kim. "Paired with the adaptive transmitter, it enabled reliable wireless powering even when stretching and misalignment occurred simultaneously."

To assess the potential of their wireless power system, the researchers used it to develop a cardiac pacemaker. This pacemaker was tested in experiments with pigs, showing potential for use in freely moving subjects. The team found that the resulting implant operated reliably, effectively controlling the pigs' heartbeats.

"We integrated the receiver with stimulation circuitry and electrodes to create a wirelessly powered cardiac pacemaker," said Kim. "In animal models, we demonstrated cardiac pacing and termination of rapid abnormal heart rhythms and confirmed that pacing remained reliable despite deformation and changes in alignment."

In initial tests with live animals, the team's wearable-to-implant power link achieved promising results. Before it can be used in health care settings, however, it will need to be assessed in more tests, including human clinical trials.

"Many existing wireless systems require the transmitter and receiver to remain within a tightly controlled spatial arrangement, limiting how freely they can move or deform," said Kim. "Our approach relaxes these constraints and enables a wearable transmitter, which could take the form of a skin-attachable patch, to reliably power a soft implant under more dynamic conditions. Beyond cardiac pacing, this could help advance wireless monitoring and stimulation systems from controlled demonstrations toward practical devices that accommodate everyday movement."

In the future, the power system created by Kim and his colleagues could be combined with different components to create other implantable devices. Meanwhile, the researchers plan to continue improving their device and broadening its functionality.

"Our next goal is to build on this reliable power link to develop implants that can both monitor physiological signals and deliver therapy," added Kim. "We are exploring how PT symmetry can support data transmission alongside wireless powering, allowing the implant to send information back to an external wearable while receiving power. This could enable closed-loop systems that adjust stimulation in response to the signals they record."

© 2026 Science X Network