Современная медицина давно и успешно двигается по пути миниатюризации. Многие привычные медицинские устройства для диагностики, лечения и научных исследований уже канули в Лету, а им на смену стремительно приходят новые.
Но, похоже, нет пределов совершенству. Ученые из Массачусетского технологического института (США) разработали очень маленькую антенну-передатчик. Она предназначена для мониторинга и даже управления клеточной активностью организма в режиме реального времени. Для того, чтобы понять, насколько крошечным является изобретение, нужно представить, что беспроводной датчик способен работать внутри живой клетки и передавать сигналы вовне.
Ключевая проблема с подобными приборами состоит в том, что они должны быть сопоставимы по размеру с длиной электромагнитной волны, которые они передают и принимают. Такие длины волн очень велики – они представляют собой скорость света, деленную на частоту волны. Поэтому большинство устройств требует больших антенн.
При этом если увеличивать частоту передачи, чтобы уменьшить длину волны, то получится очень инвазивный, то есть влияющий на физическое состояние организма, передатчик. Это связано с тем, что высокие частоты выделяют тепло, повреждающее живые ткани.
Исследователи нашли выход из тупика, создав устройство, которое преобразовывает электромагнитные волны в акустические. У этих волн с той же частотой длина на пять порядков меньше, чем у электромагнитных, что связано с разницей в скоростях света и звука. Поэтому маленькое устройство может передавать волны с нужной длиной.
В итоге американские инженеры разработали миниатюрные антенны из магнитострикционных материалов. Когда к ним прикладывается магнитное поле, частицы в таком материале выравниваются в соответствии с его направлением, создавая напряжение в материале. Это можно сравнить с тем, как ткань, в которую вплетены металлические кусочки деформируется под действием магнита.
Когда к антенне прикладывается переменное магнитное поле, деформация и напряжение (давление), возникающие в материале, создают акустические волны в антенне,
объясняют ученые.
Такое устройство, внедренное внутрь клетки, может использоваться для изучения микробиологии и организации «прямой трансляции» процессов, которые там происходят. По сути, человечество стоит на пороге новой революции в медицинской науке, поскольку «внутриклеточная антенна» открывает самые широкие горизонты для исследований в области фундаментальной и прикладной биологии.
