ワイヤレス給電で配線のないデジタル世界を|エイターリンク

メディカルインプラント

薬では治療が難しい病気をメディカルインプラントで解決する

薬では治療が難しい病気を
メディカルインプラントで解決する

メンバー経歴

田邉 勇二

Dr. Yuji Tanabe

代表取締役/CTO

カリフォルニア州サニーベール出身。2011年早稲田大学大学院にて博士後期課程終了後、米国スタンフォード大学工学部研究員に。2011~2020年まで、スタンフォード大学にて、医療用マイクロチップデバイスへ向けたビーム集束型送信機と体内小型インプラント受信機の非接触給電及びデータ通信システムの研究開発に従事。2020年8月にエイターリンク株式会社を設立。新規技術開発を中心に技術領域全般を担当。Nature誌の表紙を飾るなど、執筆本2件、発表論文数は50件、特許は10件を超える。その他、海外ABC, NBC, BBCニュースなどにも取り上げられる。IEEE会員。電子情報通信学会会員。電気学会会員。 趣味はテニス、サーフィンなど。

Prof. Ada Poon

Technical Advisor

スタンフォード大学Electrical Engineering学部 准教授。2020年10月にアドバイザーとしてエイターリンク社に参画。2004年にカリフォルニア大学バークレー校のEECS学部で博士取得後、インテルにてフレキシブル無線用のベースバンドプロセッサの研究に1年間従事。スタートアップ企業(SiBeam)での無線システム設計を経験、イリノイ大学ECE学部での助教を経て、2008年にスタンフォード大学でElectrical Engineering学部参画。

インプラントデバイスの研究

当社は米国スタンフォード大学において、ワイヤレス給電によるインプラントデバイスの研究開発をしてきました。
当社で開発したインプラントデバイスは、電波を通しづらい人体において、体表面から20cm深部へ体外から体内への給電を行うことができます。
我々は動物実験によってその効果を確認してきました。

我々の研究は世界的にも注目され、薬では解決できない病気の治療、予防の観点で期待されています。
例えば心臓のペースメーカーは、定期的に手術によるバッテリー交換が必要です。体外の電力送信機からの給電によりバッテリー交換は不要になります。

屈折性があり肌になじむ
メタサーフェスアンテナ

屈折性があり肌になじむメタサーフェスアンテナ

ワイヤレス埋め込み型
インプラントデバイス

ワイヤレス埋め込み型インプラントデバイス

メタサーフェスアンテナによって
体内深部まで電力を伝送

リードレスペースメーカの台頭により、ペースメーカの業界構造が変わりつつあります。しかし、リードペースメーカであったとしても、6年ほど使用するとバッテリが無くなってしまい新しいペースメーカを埋め込む必要があります。私たちの技術を用いれば、これを埋め込まなくとも、体外から心臓めがけてバッテリへワイヤレス充電することが可能となります。これを実現したのが、メタサーフェスアンテナ技術です。

メタサーフェスアンテナによって体内深部まで電力を伝送
記事掲載①
記事掲載②

ABCニュースで放映された
ミッドフィールド電力伝送技術の紹介

動物実験の事例

世界最小ワイヤレスペースメーカによるブタの心肺コントロール

ブタを用いた実験

開発した世界最小のペースメーカを用いて、ブタを使った動物実験を行った結果、SAR(Specific Absorption Rate)を規定の0.8W/kg以下に抑えつつ、右心室、右心房、左心室の三部屋へ世界で初めてワイヤレス給電によって心臓のペーシングに成功しました。体表面からもっとも深いところに位置する左心室への給電においても必要最小送信電力が216 mWであることから実用的であることが示されました。

世界最小ワイヤレスペースメーカ

世界最小ワイヤレスペースメーカ

心臓ペーシングの生データ

心臓ペーシングの生データ

ワイヤレスオプトジェネティクスの開発

ワイヤレスオプトジェネティクスとは

オプトジェネティクスとは、光により光感受性タンパク質を使用し、それに光を照射することによって細胞の機能を選択的に操作する手法です。この選択的にというのは、電気刺激に比べてさらに解像度高く、神経を刺激するということができるという意味です。光照射を加えるとチャネルロドプシンという光感受性タンパク質に対して神経細胞から活動電位が得られることで、電位依存性を持つ神経細胞に適応することができるようになりました。

ワイヤレスオプトジェネティクス

課題として、このチャネルロドプシンへの光照射がレーザーなどを用いて行われていたことです。レーザーなどを発する光ファイバを実際に体内に向けて通さないといけないことから、特に複数のマウスが存在する環境下における自由な実験というものは困難でした。これを完全ワイヤレス埋め込み型したのが、ワイヤレスオプトジェネティクスであり、世界で初めてマウスがケージのいかなる箇所においても均一に電力受信すなわち光照射できる環境を構築することが可能となりました。

光刺激により神経を刺激する技術

光刺激により神経を刺激する技術①
光刺激により神経を刺激する技術②

完全ワイヤレス
オプトジェネティクスシステム

米国特許

  • “Radio-frequency energy transfers or harvesting based on combining direct current signals from multiple antennas”, Y. Tanabe, A. S. Y. Poon, S.-W. S. Wong, US Patent App, 15271547.
  • “Wireless implantable sensing devices,” A. S. Y. Poon, B. S. Hu, J. Jang, A. K. Ma, A. A. Yakovlev, Y. Tanabe, A. Yeah, the United States, PCT/US2013/067882, 2015 (liscensed).
  • “Autofocus wireless power transfer to implantable devices in freely moving animals,” A. S. Y. Poon, J. Ho, Y. Tanabe, A. Yeh, K. L. Montgomery, L. Grosenick, E. A. Ferenczi, V. Tsao, S. M. Iyer, S. L. Delp, K. Deisseroth, the United States (PCT/US2015/022509).
  • “Multi-element coupler for generation of electromagnetic energy,” A. S. Y. Poon, A. Yeh, Y. Tanabe, the United States, PCT/US2014/055885, 2014 (liscensed).
  • Y. Tanabe, A. S. Y. Poon, D. B. Camarillo, L. C. Wu, A. Yeh, “Wearable Impact Measurement Device with Wireless Power and Data Communication.” US Utility Patent Application 14/256,722. 2014.

論文

  • H. Arami, S. Kananian, R. Khalifehzadeh, C. B. Patel, E. Chang, Y. Tanabe, Y. Zeng, S. J. Madsen, M. Mandella, M. Ferro, R. Sinclair, Z. Bao, A. S. Y. Poon, S. S. Gambhir,”Remotely controlled near-infrared triggered photothermal treatment of brain tumors in freely-behaving mice using gold nanostars, Nature Nanotechnology, 2021 (submitted)
  • J. Lee, A. J. Park, Y. Tanabe, A. S. Y. Poon, S. Kim, “A microwave method to remotely assess the abdominal fat thickness” AIP Advances, 11, 03511, 2021.
  • Y. Tanabe, “A new frontier in wirelessly powered bioelectronics implantable devices,” JIEP (Japan Institute of Electronics Packaging), P.398-P.402, 2020.
  • K. Tajima, K. Ikeda, Y. Tanabe, E. A. Thomson, T. Yoneshiro, Y. Oguri, M. D. Ferro, A. S. Y. Poon, and S. Kajimura, “Wireless optogenetics protects against obesity via stimulation of non-canonical fat thermogenesis,” Nature Communications, 11(1), 1730, 2020.
  • Y. Tanabe, J. S. Ho, J. Liu, S.-Y. Liao, Z. Zhen, C. Vassos, Z. Zhen, A. Ma, S. Hsu, C. Shuto, Z.-Y. Zhu, P. Chen, H. F. Tse, and A. S. Y. Poon, “Highperformance wireless powering for peripheral nerve neuromodulation systems,” PLOS ONE, 12(10), 2017.
  • D. R. Agrawal, Y. Tanabe, D. Weng, A., S. Hsu, S.-Y. Liao, Z. Zhen, Z.-Y. Zhu, C. Sun, Z. Dong, F. Yang, H. F. Tse, A. S. Y. Poon, and J. S. Ho, “Conformal phased surfaces for wireless powering of bioelectronic microdevices,” Nature Biomedical Engineering, 0043 2017.
  • T. Chang, Y. Tanabe, C. C Wojcik, A. C Barksdale, S. Doshay, Z. Dong, H. Liu, M. Zhang, Y. Chen, Y. Su, T. H Lee, J. S. Ho, J. A. Fan, “A General Strategy for Stretchable Microwave Antenna Systems using Serpentine Mesh Layouts” Advanced Functional Materials, Vol. 27, Issue 46, Oct 2016.
  • J. S. Ho, Y. Tanabe, S. M. Iyer, A. J. Christensen, L. Grosenick, K. Deisseroth, S. L. Delp, and A. S. Y. Poon, “Self-tracking energy transfer for neural stimulation in untethered mice,” Physical Review Applied 4, 024001, 2015. Editor’s suggestion and featured in Physics. arXiv:1503.01493.
  • K. L. Montgomery , A. J. Yeh , J. S. Ho, V. Tsao, S. M. Iyer, L. Grosenick, E. A. Ferenczi, Y. Tanabe, K. Deisseroth, S. L. Delp, A. S.Y. Poon, “A wirelessly powered, fully internal implant that enables optogenetic stimulation of brain, spinal cord, and peripheral nervous system in untethered mice,” Nature Methods, 12 pp. 969-974, May 2015.
  • J. S. Ho, B. Qiu, Y. Tanabe, A. J. Yeh, S. Fan, and A. S. Y. Poon, “Planar immersion lens with metasurfaces,” Physical Review B, 91, 125145, 2015.
  • Y. Tanabe, T. Chang, A. J. Yeh, and A. S. Y. Poon, “A Small Dual-Band Asymmetric Dipole Antenna for 13.56 MHz Power and 2.45 GHz Data Transmission,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 13, pp. 1120-1123, 2014.
  • J. S. Ho, A. J. Yeh, E. Neofytou, S. Kim, Y. Tanabe, B. Patlolla, R. E. Beygui, and A. S. Y. Poon, “Wireless power transfer to deep-tissue microimplants,” Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 111, 7974-7979 (2014). Featured on the cover.

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