一种植入物局域网：你的身体就是线路

# 体内的局部植入物网络，将你的身体当作导线 来源：https://arstechnica.com/science/2026/09/scientists-built-implants-that-talk-to-each-other-through-body-tissue/ 电信号是有可能直接穿透人体组织进行传输的。 像起搏器和胰岛素泵这样的大多数植入物各自独立工作。为了帮助它们彼此协调，Georgia Tech 的一个研究团队构建了一个网络系统，通过人体组织而非天线和无线电波来发送信号。 ## 无线电波的问题 目前的植入式设备大多依赖蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy）或近场通信（NFC）等无线协议。该研究的共同作者、Georgia Tech 工程师 Alex Abramson 表示，这两种协议都不适合体内数据传输。 第一个问题是功耗。"如果你希望植入物保持活跃状态，能在几毫秒内做出响应，用蓝牙系统是很难做到的，"Abramson 说。根据论文，蓝牙组件在激活时最多可将植入物的电池寿命削减 90%。 第二个问题是无线电波在人体组织中传输效果不好。"蓝牙和近场通信在组织中衰减非常严重，"Abramson 说。他指出，如果植入物之间的信号必须穿过一厘米以上的组织，无线电通信系统就会遇到衰减问题。此外还有尺寸问题。无线电通信需要天线，而商用蓝牙组件要求设备至少五毫米宽。厚度小于三毫米的植入物可以在门诊用注射针注入；更大的通常需要手术。 Abramson 团队提出的解决方案名为 SWANS（智能无线自主网络系统，Smart Wireless Autonomous Networking System），其灵感来自人体自身的内部通信网络。"神经系统可以接收来自全身各处的大量输入，汇总所有数据，并做出特定决策。我们的系统就是在模拟这一点，"Abramson 说。SWANS 依赖离子传导，与神经元的通信方式相同——神经元通过在细胞膜间传递钠离子和钾离子产生电压差。"但我们的系统不使用神经，而是利用普通人体组织来传递这些信号，"Abramson 说。 ## 寻找正确的接收者 这个想法并不完全新颖。美国食品和药物管理局（FDA）批准的一种名为 Abilify MyCite 的药片就使用离子传导技术，来向皮肤贴片发出已被吞服的信号。但这类系统通常只连接两个设备，而 Abramson 团队希望 SWANS 能连接多个设备。 SWANS 的第一个组件是一个可穿戴的中心枢纽。它是一块柔性电路板，可以读取传感器数据、运行决策算法，并发射高达 12 伏的电压脉冲。第二个组件是一片不锈钢微针贴片，将这些脉冲导入体内，绕过皮肤最外层导电性差的屏障。第三个是一组可用注射针注入的植入物，每个植入物内部包含两个接收焊盘、一个晶体管开关、一个电池，以及一个传感器或执行器（如神经刺激器）。 "我们把所有的智能都放在了可穿戴中心枢纽中，"Abramson 说。可穿戴设备有更大的空间和更强的电池，因此植入物可以保持小巧和简单。当中心枢纽发出脉冲时，它会产生一个短暂的电场，向组织中的各个方向扩散。范围内所有的植入物都能接收到信号，但只有正确的那一个（或几个）会做出反应——有点像拥挤房间里的人，只有听到自己的名字才会回头。 团队通过让每个植入物的晶体管仅在接收到的脉冲超过特定阈值时才导通来实现这一点。在晶体管前面串联一个电阻，会提高触发开关所需的电压。并联一个电容，则意味着脉冲必须持续足够长的时间，先将其充电。通过组合搭配这些元件，团队制造出了只对特定脉冲强度和时长组合做出响应的植入物。作者在论文中承认，这意味着电压阈值需要根据每种身体状况和植入物位置进行调校。 由于 SWANS 植入物由无源元件构成，在监听状态下几乎不消耗电能，与蓝牙和 NFC 相比，电池寿命延长了 15 倍以上。一个完整的带电池植入物尺寸为 3 × 1.1 × 17 毫米，可以通过 6 号针头注入。 为了测试该系统，Abramson 和他的同事在鸡胸肉、带皮带骨的猪腹肉以及活体大鼠身上进行了实验。 ## 抽搐的腿 "猪腹肉是一种非常厚且不均匀的组织，"Abramson 说。信号必须穿过脂肪、肌肉、骨骼和皮肤。单次 10 伏脉冲在组织中产生了超过 30 厘米宽、最深达 14 厘米的可检测电压梯度——覆盖范围超过蓝牙或 NFC 的 10 倍。 在活体大鼠身上，信号成功到达了皮肤下、腹腔内甚至胃部的植入物。植入物的位置也不太重要。"我们把可穿戴设备放在大鼠的腹部，然后就能在大鼠的后腿上实现执行器的驱动，"Abramson 说。 最精巧的实验使用了放置在大鼠前腿上的应变传感器。当传感器检测到左前肢或右前肢移动时，中心枢纽会通过身体发送一个肢体特定的脉冲，该脉冲到达对应后腿上的植入物，刺激坐骨神经使那条腿抽搐。团队还构建了一个植入物之间的中继系统：一个带有温度传感器的设备只有在检测到体温超过 40°C（104°F）时，才会将信号传递给第二个植入物。 Abramson 指出，起搏器和神经刺激器已经使用类似的电压和脉冲时长，因此团队没有预期会出现任何重大安全问题。在一项为期两个月的大鼠实验中，植入物周围生长出了最厚达一毫米的疤痕组织，但通过在安全范围内提高电压，团队在整个实验期间维持了通信。这些脉冲没有刺激目标神经以外的其他神经，没有改变心脏的电活动，引起的细胞死亡和氧化应激也没有超过未通电的针头和植入物。 但 SWANS 并不是一个包治百病的体内通信系统，而且很可能永远不会是。 ## 植入物的复用 SWANS 的第一个局限是无法传输大量数据。"我们不想用这些设备传输大量数据，因为我们希望创建超小型、超低功耗的系统，"Abramson 说。他认为，SWANS 的目的是在身体各部位之间传递关键信息（如温度读数），而非其他大量数据。该系统也尚未在大型动物或人类身上进行测试，不过 Abramson 表示初步的大型动物研究结果看起来很有希望。而且他已经想到了潜在的应用。 "目前，神经刺激和药物递送完全是两个独立的领域，"Abramson 说。他认为，如今一个人无法将药物递送泵与其神经刺激器连接起来以实现联合治疗，尽管在癫痫等疾病中，在特定时间服药确实有好处。 Abramson 认为，SWANS 的优势在于它能轻松与现有植入物集成。"这个新的通信协议可以接入任何之前的系统，"他说。"由于它完全不依赖于我们所使用的传感器或执行器，我们就能构建一个完整的体内治疗网络。" *Science*，2026 年。DOI:10.1126/science.adz5300 (https://doi.org/10.1126/science.adz5300) Jacek Krywko 照片 (https://arstechnica.com/author/jacek_krywko/) Jacek Krywko 是一名自由科学与技术撰稿人，报道太空探索、人工智能研究、计算机科学以及各种工程领域。 3 条评论 (https://arstechnica.com/science/2026/09/scientists-built-implants-that-talk-to-each-other-through-body-tissue/#comments) 1. 最热门故事首条配图：NASA 面临 Dragon 的困境，似乎没有好的解决办法 (https://arstechnica.com/space/2026/09/nasa-has-a-dragon-dilemma-and-there-appear-to-be-no-good-answers/)