שחרור כוח היונים:
העברת נתונים אלחוטית באמצעות ביואלקטרוניקה מושתלתתקציר: חוקרים מאוניברסיטת קולומביה פיתחו פתרון פורץ דרך לשיפור ביואלקטרוניקה מושתלת עם העברת נתונים אלחוטית באמצעות יונים, אטומים בעלי מטען חיובי או שלילי הנמצאים באופן טבעי בתוך הגוף.
חדשנות זו מטפלת באתגר מרכזי שניצבים בפני מכשירים מושתלים, המתקשים לתקשר נתונים חיצונית לצורך ניתוח ואבחון על ידי אנשי מקצוע רפואיים. על ידי ניצול מערכת התקשורת המבוססת על יונים של הגוף, הטכניקה החדשה הזו מאפשרת העברת נתונים אלחוטית במהירות גבוהה ובצריכת חשמל נמוכה ליישומים ביואלקטרוניים שונים.
ביואלקטרוניקה מושתלת ממלאת תפקיד חשוב בתחום הבריאות, מסייעת בניטור איברים חיוניים ובהתערבויות טיפוליות. עם זאת, העברת נתונים ממכשירים אלו למערכות חיצוניות נותרה מכשול משמעותי. שיטות מסורתיות כמו כבלים מוגבלות עקב חדירת רקמות, בעוד שגישות אלחוטיות קונבנציונליות מתקשות לחדור לרקמות ביולוגיות בצורה אפקטיבית.
במחקר זה, החוקרים חקרו את השימוש ביונים, אותם תאים מנצלים לתקשורת בין-תאית, כמדיה לתקשורת ביואלקטרונית מושתלת. הטכניקה, המכונה תקשורת יונית, כוללת השתלת זוגות אלקטרודות בתוך הרקמה והנחת זוג נוסף על פני השטח שלה. המכשיר המושתל מקודד נתונים באמצעות פולסים חשמליים לסירוגין, מנצל את האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית המאוחסנת ברקמה. המקלט שעל פני השטח מזהה ומפענח אנרגיה זו, ומקל על העברת נתונים דו-כיוונית.
החוקרים הדגימו את יכולות התקשורת היונית בהעברת נתונים דרך סוגי רקמות שונים, מעור האדם ועד איברים פנימיים. בניסוייהם, פיתחו המדענים ממשק עצבי מושתל במלואו, תוך שימוש בתקשורת יונית בעכברים. הם הצליחו ללכוד ולהעביר נתוני מוח באופן לא פולשני מעכברים בתנועה חופשית במשך מספר שבועות, והשיגו בידוד אותות יציב מנוירונים בודדים. בעזרת אלקטרוניקה מסחרית זמינה כיום, הם השיגו קצבי תקשורת של עד 60 מגה-הרץ באמצעות 10 קווי תקשורת. קו תקשורת יוני יחיד יכול להגיע לקצבים של עד 14 מגה-הרץ. שיטה זו דורשת מתח נמוך יותר וצורכת הרבה פחות חשמל בהשוואה לתקשורת רדיו או אולטרסאונד. בנוסף, החוקרים גילו שהמכשיר התקשורת היונית שלהם היה חסכוני פי אלפים עד מיליונים בהעברת נתונים מאשר גישות חלופיות המשמשות בביואלקטרוניקה מושתלת.
המוליך היוני האנאיזוטרופי מתמודד עם אתגר מרכזי במעגלים ביואלקטרוניים בכך שהוא מאפשר לאותות יוניים להוליך רק בכיוונים נבחרים ספציפיים, מה שמפחית הפרעות לא רצויות בין חלקים שונים של המעגל.
פיתוח זה פותח אפשרויות למעגלים המשתמשים ביונים במקום באלקטרונים, ויוצרים ממשקים יעילים יותר
עם גוף האדם.
ממצאים פורצי דרך אלו של החוקרים סוללים את הדרך למעגלים משולבים קומפקטיים ומורכבים המורכבים מטרנזיסטורים אורגניים, ומניעים התקדמות ביישומים ביואלקטרוניים.
עם שילוב תקשורת יונית ומוליכים יוניים אנאיזוטרופיים, העתיד צופן אפשרויות מרתקות לביואלקטרוניקה מושתלת, המאפשרות יכולות אבחון משופרות, התערבויות טיפוליות, ובסופו של דבר משפרות את הבריאות והרווחה של בני האדם.בהמשך משימתם לחבר מכשירים ביואלקטרוניים עם המוח האנושי, התקדמותם המרשימה של צוות ההנדסה של אוניברסיטת קולומביה מסמנת עידן טרנספורמטיבי בטכנולוגיית הבריאות.
המאמר נכתב על ידי עמית קיסר.
