Der Chirurg bereitet das Skalpell vor und überprüft die Instrumente; alles ist bereit für die Implantation eines Herzschrittmachers. Doch heute ist etwas anders: Statt des kompletten OP-Sets nimmt er eine Nadel. Eine ganz normale. Er füllt sie mit einem sandähnlichen Körnchen und injiziert es in die Brust des Patienten. Drei Sekunden. Fertig. Der Herzschrittmacher wird mit Strom versorgt, das Herz schlägt regelmäßig, keine Batterien mehr, die alle fünf Jahre gewechselt werden müssen. Keine Narben von Einschnitten. Die Forscher an MIT Medienlabor erstellt eine 200 Mikrometer große injizierbare Antenne Es wird wie ein Medikament verabreicht und versorgt tief implantierte Geräte mit Energie.
Es arbeitet mit niedrigen Frequenzen, um eine Überhitzung des Gewebes zu vermeiden, und erzeugt 100.000 Mal mehr Energie als herkömmliche Antennen ähnlicher Größe.
Das Problem der Batterien in Pflanzen
Heutige medizinische Implantate werden auf zwei Arten mit Energie versorgt. Die erste bietet eine mehrere Zentimeter lange Batterie, die chirurgisch in den Körper implantiert wird, die alle 5-10 Jahre durch eine neue Intervention ersetzt werden muss. die zweite Dabei wird eine ebenfalls zentimetergroße Magnetspule unter der Haut platziert, um drahtlos Energie zu sammeln. Das Problem? Die Miniaturspulen funktionieren nur bei hohen Frequenzen, Sie überhitzen das Gewebe. wodurch die Leistung begrenzt wird, die sicher übertragen werden kann.
„Nach Überschreiten dieser Grenze beginnt man, die Zellen zu schädigen“, erklärt er. Baju Joy, Doktorand der Gruppe Nano-Cybernetic Biotrek vom MIT.
Jährlich werden in Europa zwischen 250.000 und 300.000 Herzschrittmacher implantiert (allein 50.000 in Italien). Ähnliche Zahlen gibt es in den USA, wo etwa 250.000 Herzschrittmacher und 100.000 Defibrillatoren, mit Kosten in dreistelliger Milliardenhöhe.
Jeder Batteriewechsel birgt Risiken wie Infektionen, Unbehagen für den Patienten und neue Gesundheitskosten. Und die Miniaturisierung medizinischer Geräte wird gerade durch die Größe der Energiequellen behindert.
Funktionsweise der injizierbaren Antenne
L 'Die von Deblina Sarkars Team entwickelte Antenne Das MIT löst das Überhitzungsproblem durch den Betrieb mit niedrigen Frequenzen (109 kHz) dank einer neuen Technologie. Das Gerät kombiniert eine magnetostriktive Schicht1 das sich bei Einwirkung eines Magnetfelds verformt, mit eine piezoelektrische Schicht Dabei wird mechanische Verformung in elektrische Ladung umgewandelt. Wird ein magnetisches Wechselfeld angelegt, verformen die magnetischen Domänen in der magnetostriktiven Schicht diese ähnlich wie ein starker Magnet ein Metallgewebe. Die mechanische Spannung in der magnetostriktiven Schicht erzeugt über die darüber und darunter angeordneten Elektroden elektrische Ladungen in der piezoelektrischen Schicht.
Zu kompliziert? Ich versuche es noch einmal. Diese Antenne besitzt eine Schicht, die sich im Magnetfeld wie Stoff bewegt, und eine weitere Schicht, die diese Bewegung in Elektrizität umwandelt. Ändert sich das Magnetfeld, bewegt die bewegliche Schicht auch das elektrische Feld, sodass die Antenne Energie erzeugt, ohne sich zu erhitzen. Und das Beste daran?
„Wir nutzen diese mechanische Schwingung, um das Magnetfeld in ein elektrisches Feld umzuwandeln“, sagt Joy. Das Ergebnis ist eine um vier bis fünf Größenordnungen höhere Potenz im Vergleich zu implantierbaren Antennen ähnlicher Größe, die Metallspulen verwenden und im GHz-Bereich arbeiten.
Lo Studie veröffentlicht in IEEE Transactions on Antennas and Propagation Die Studie im Oktober 2025 zeigt, wie die von den Autoren selbst formulierte technische Herausforderung bewältigt werden kann:
„Die Entwicklung einer ultrakleinen Antenne (weniger als 500 Mikrometer), die im Niederfrequenzbereich effizient arbeiten kann, ist komplex.“
Anwendungen jenseits von Herzschrittmachern
Das Magnetfeld, das die injizierbare Antenne aktiviert, wird von einem Gerät erzeugt, das einem kabellosen Smartphone-Ladegerät ähnelt und klein genug ist, um wie ein Pflaster auf die Haut geklebt oder in einer Tasche nahe der Hautoberfläche getragen zu werden. Die Antenne kann mit derselben Technologie wie Mikrochips hergestellt werden. einfache Integration in bestehende Elektronik.
„Diese elektronischen Bauteile und Elektroden können viel kleiner als die Antenne selbst gefertigt werden und würden während der Nanofabrikation integriert“, erklärt Joy.
Die Anwendungsgebiete reichen über Herzschrittmacher und Neuromodulatoren für Epilepsie und Parkinson hinaus. Ein besonders interessanter Fall ist kontinuierliche GlukoseüberwachungOptische Sensorschaltungen zur Glukosemessung existieren bereits, doch der Prozess würde von einer drahtlosen Energiequelle, die sich nicht-invasiv in den Körper integrieren ließe, erheblich profitieren. „Dies ist nur ein Beispiel“, sagt Joy.
„Wir können all diese anderen Techniken, die mit denselben Fertigungsmethoden entwickelt wurden, problemlos in die Antenne integrieren.“
Die Antennenproduktion kann leicht zu besteigen Durch die Injektion mehrerer Antennen lassen sich große Körperbereiche behandeln. Dies eröffnet Möglichkeiten für verteilte Sensornetzwerke oder komplexe Therapiesysteme, die heute noch mehrere chirurgische Eingriffe erfordern würden.
Der Markt für drahtloses Laden im medizinischen Bereich
Il Markt für drahtlose Energiesysteme für implantierbare medizinische Geräte Der Markt boomt. Mit einem Wert von 1,5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 wird ein Anstieg auf 5 Milliarden US-Dollar bis 2033 erwartet, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 15 % entspricht. Unternehmen wie Medtronic, Abbott Laboratories, Boston Scientific und spezialisierte Startups wie Nustrom e Resonant Link Medical entwickeln Produkte, die Systeme integrieren drahtlose Energieübertragung.
Die Technologie des MIT zeichnet sich aus durch drei entscheidende Vorteile: extreme Miniaturisierung (200 Mikrometer gegenüber den Millimetern der aktuellen Lösungen), minimalinvasives Implantat mit einer Standardnadel und Vermeidung von Gewebeüberhitzung dank der niedrigen Betriebsfrequenzen.
Injizierbare Antenne: Wann wird sie für Patienten verfügbar sein?
Der Lehrer Deblina Sarkar, Gruppenleiter Nano-Cybernetic Biotrek und Hauptautor der Studie betont, wie
„Unsere Technologie hat das Potenzial, einen neuen Weg für minimalinvasive bioelektronische Geräte zu eröffnen, die drahtlos tief im menschlichen Körper funktionieren können.“
Die Arbeit greift auf 50 Jahre Forschung zur Miniaturisierung von Transistoren und Elektronik zurück und wendet diese nun auf das Problem der Stromversorgungssysteme an.
Der Weg zur klinischen Anwendung erfordert noch Langzeit-BiokompatibilitätstestsDie Validierung der Energieeffizienz in realen Anwendungsszenarien und die behördliche Zulassung durch Institutionen wie die FDA und die EMA stehen noch aus. Doch alle Voraussetzungen sind erfüllt: eine funktionierende Technologie, niedrige Produktionskosten dank etablierter Nanofabrikationsverfahren und ein wachsender Markt, der Lösungen für reale Probleme sucht.
Die Nadel, die das Skalpell ersetzt. Ein winziges Teilchen, das Batterien überflüssig macht. Manchmal liegt die Zukunft der Medizin in mikroskopisch kleinen Dingen, die alles verändern.
Hinweis:
- Der Begriff „magnetostriktiv“ bezieht sich auf ein physikalisches Phänomen namens Magnetostriktion, das die Längenänderung oder Verformung eines Materials, typischerweise eines metallischen und ferromagnetischen Materials, bei Einwirkung eines Magnetfelds angibt. ↩︎
