Komunikaty PR

Charge once, power long: ultrasonic solution for implantable devices

2025-06-16  |  10:55:05
Miniaturized Pre-Charged CMUT for Wireless Implant Powering.

Miniaturized Pre-Charged CMUT for Wireless Implant Powering.

GA, UNITED STATES, June 16, 2025 /EINPresswire.com/ -- A new study has unveiled a new method for wirelessly powering implantable medical devices (IMDs) using a pre-charged capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT). Unlike traditional systems that require a continuous external direct current (DC) bias, this novel CMUT is equipped with an internal charge storage capacitor, allowing it to operate in a constant-charge mode. With an impressive energy conversion efficiency of up to 29.7% and the ability to deliver 10.1 mW of power—well above typical IMD requirements—the system maintains stable charge levels for over two years. This breakthrough promises a safer, smaller, and more durable energy source for next-generation biomedical implants.

Modern implantable medical devices (IMDs)—such as pacemakers, defibrillators, and neurostimulators—are constrained by their reliance on onboard batteries, which limit device longevity and increase the need for surgical replacements. Wireless power transfer methods, including inductive, capacitive, and electromagnetic coupling, have shown promise but are hindered by poor tissue penetration, alignment issues, and safety concerns. Ultrasound-based energy delivery has emerged as a compelling alternative due to its deep tissue reach and favorable safety profile. As the lead-based piezoelectric materials raise biocompatibility concerns for implantable devices, micromachined transducers attract greater attention for this application. However, most existing capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) systems still depend on external direct current (DC) bias, complicating their use. These challenges point to a pressing need for a self-sustaining, efficient ultrasonic power solution.

Responding to this need, engineers at North Carolina State University have developed a CMUT device that sidesteps the limitations of conventional systems. Reported in Microsystems & Nanoengineering on April 23, 2025, their CMUT design integrates a built-in charge storage capacitor and functions without the need for continuous external bias. Once pre-charged before implantation, the device retains its charge for years. In testing, it delivered a maximum output of 10.1 mW with a peak energy conversion efficiency of 29.7%, setting new records for ultrasonic wireless power in biomedical applications.

The heart of the innovation lies in the CMUT's architecture: a floating electrode sandwiched between two fixed electrodes. Prior to implantation, a DC bias and ultrasonic pressure bring the floating and bottom electrodes into contact, allowing controlled charge transfer. Once charged, the device converts incoming ultrasonic waves into electrical power without further external input. Laboratory tests confirmed strong performance, with stable operation at 2.45 MHz and no performance degradation over time. Crucially, all testing parameters remained within FDA safety limits. The design's key advantages—including vacuum encapsulation, charge-preserving insulation, and mechanical safeguards—enabled robust, leakage-free power delivery ideally suited for long-term use in IMDs.

"This technology marks a substantial step forward in the field of implantable power systems," said Dr. Ömer Oralkan, senior author of the study. "By eliminating the need for external bias and demonstrating years-long charge retention, we've made ultrasonic wireless power transfer not only more efficient but also more practical. The CMUT structure we developed is scalable, biocompatible, and can meet the power needs of diverse medical devices, from pacemakers to drug pumps."

Looking ahead, the researchers envision the development of 2D CMUT arrays to address alignment challenges and integrate with custom-designed circuits to increase power output. These advances could enable a new generation of compact, battery-free implants that operate safely and reliably for years. Beyond enhancing patient comfort and reducing surgical risk, the approach could redefine how clinicians and engineers design and power the next wave of bioelectronic devices.

References
DOI
10.1038/s41378-025-00902-w

Original Source URL
https://doi.org/10.1038/s41378-025-00902-w

Funding information
This work was supported by the NSF under Grant 1160483 as part of a Centre-to-Center collaborative partnership with NUI Galway, Ireland and Queen’s University, Belfast, Northern Ireland. The authors would like to thank Ali Önder Biliroğlu for his help with experimental setups. This work was performed in part at the NCSU Nanofabrication Facility (NNF), and Duke University Shared Materials Instrumentation Facility (SMIF), all of which are members of the North Carolina Research Triangle Nanotechnology Network (RTNN), which is supported by the National Science Foundation (Grant ECCS-2025064) as part of the National Nanotechnology Coordinated Infrastructure (NNCI).

Lucy Wang
BioDesign Research
email us here

Legal Disclaimer:

EIN Presswire provides this news content "as is" without warranty of any kind. We do not accept any responsibility or liability for the accuracy, content, images, videos, licenses, completeness, legality, or reliability of the information contained in this article. If you have any complaints or copyright issues related to this article, kindly contact the author above.

Newseria nie ponosi odpowiedzialności za treści oraz inne materiały (np. infografiki, zdjęcia) przekazywane w „Biurze Prasowym”, których autorami są zarejestrowani użytkownicy tacy jak agencje PR, firmy czy instytucje państwowe.
Ostatnio dodane
komunikaty PR z wybranej przez Ciebie kategorii
EIN Newswire BRAK ZDJĘCIA
2025-06-18 | 04:55:04

Davis Integrative Medicine Launches Enhanced Google Business Profile for Gainesville Residents

Davis Integrative Medicine celebrates a five-star review milestone on Google and unveils an optimized Google Business Profile.Reviews represent the voice of our patients—and we are deeply honored by the trust and appreciation they’ve
EIN Newswire BRAK ZDJĘCIA
2025-06-18 | 03:55:04

Japan CAR-T Cell Therapy Market Outlook: Innovations & Key Players - 2025-2033 | DataM Intelligence

Japan CAR‑T cell therapies marketJapan CAR-T Cell Therapies Market grows at 16.3% CAGR, driven by rising cancer cases, R&D, regulatory support & next-gen oncology innovations.Japan CAR-T Cell Therapies Market grows at 16.3% CAGR,
EIN Newswire BRAK ZDJĘCIA
2025-06-18 | 03:55:04

Lemon Oil Market to Surpass USD 3.39 Billion by 2035, Driven by Rising Demand for Natural Ingredients and Aromatherapy

Lemon Oil MarketAnalysis of Lemon Oil Market Covering 30+ Countries Including Analysis of US, Canada, UK, Germany, France, Nordics, GCC countries, Japan, Korea and many more MD, UNITED STATES, June 18, 2025 /EINPresswire.com/ -- The global lemon

Kalendarium

Więcej ważnych informacji

Jedynka Newserii

Jedynka Newserii

Kongres Profesjonalistów Public Relations

Farmacja

Zagrożenie krztuścem pozostaje najwyższe od ponad trzech dekad. Odporność utrzymuje się do 10 lat po szczepieniu

W ubiegłym roku na krztusiec zachorowało ponad 32 tys. osób. To ok. 35 razy więcej niż rok wcześniej. Ostatnie tygodnie przynoszą wyhamowanie tendencji wzrostowej, ale Główny Inspektor Sanitarny przestrzega przed tą groźną chorobą i wskazuje na konieczność szczepień u dzieci już w okresie niemowlęcym i szczepień przypominających u dorosłych. Dużą rolę w promowaniu tej jedynej formy profilaktyki odgrywają pielęgniarki, które nie tylko informują o korzyściach ze szczepień, ale też mogą do nich kwalifikować.

Bankowość

Zdaniem 80 proc. Polaków ceny nieruchomości są wysokie lub bardzo wysokie. Mimo to i tak wolimy posiadać na własność, niż wynajmować

Tylko 26 proc. Polaków uważa, że mamy obecnie dobry moment na zakup nieruchomości. Dla ośmiu na 10 ankietowanych ceny nieruchomości są obecnie wysokie lub bardzo wysokie. 65 proc. ocenia też, że niewiele osób z ich otoczenia może sobie teraz pozwolić na zakup mieszkania lub domu – wynika z badania „To my. Polacy o nieruchomościach” portalu ogłoszeniowego Nieruchomosci-online.pl.

Transport

Nowe opłaty za emisję CO2 mogą spowodować wzrost kosztów wielu małych i średnich firm. Eksperci apelują o mądre instrumenty wsparcia [DEPESZA]

System ETS2, który zacznie obowiązywać od 2027 roku, nałoży podatek na paliwa kopalne wykorzystywane do ogrzewania budynków czy w transporcie. Koszty w dużej mierze poniosą dostawcy, w tym małe i średnie firmy. – Potencjalny wpływ systemu ETS2 na sektor MŚP w Polsce będzie znacznie mniej drastyczny, niż mogłoby się wydawać. Konieczne jest jednak przygotowanie odpowiednich instrumentów, które wesprą przedsiębiorców w przemianie w kierunku niskoemisyjnym, ale jednocześnie będą unikały podwójnej kompensacji – wskazuje raport WiseEuropa pt. „Wędka czy ryba? Wsparcie dla polskich MŚP w związku z wprowadzeniem ETS2”.

Partner serwisu

Instytut Monitorowania Mediów

Szkolenia

Akademia Newserii

Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a  także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.