Publication

Radiation Patterns of RF Wireless Devices Implanted in Small Animals: Unexpected Deformations Due to Body Resonance

Résumé

One challenge in designing RF wireless bioelectronic devices is the impact of the interaction between electromagnetic waves and host body tissues on far-field wireless performance. In this paper, we investigate a peculiar phenomenon of implantable RF wireless devices within a small-scale host body related to the deformation of the directivity pattern. Radiation measurements of subcutaneously implanted antennas within rodent cadavers show that the direction of maximum radiation is not always identical with the direction to the closest body–air interface, as one would expect in larger-scale host bodies. For an implanted antenna in the back of a mouse, we observed the maximum directivity in the ventral direction with 4.6 dB greater gain compared to the nearest body-air interface direction. Analytic analysis within small-scale spherical body phantoms identifies two main factors for these results: the limited absorption losses due to the small body size relative to the operating wavelength and the high permittivity of the biological tissues of the host body. Due to these effects, the entire body acts as a dielectric resonator antenna, leading to deformations of the directivity pattern. These results are confirmed with the practical example of a wirelessly powered 2.4-GHz optogenetic implant, demonstrating the significance of the judicious placement of external antennas to take advantage of the deformation of the implanted antenna pattern. These findings emphasize the importance of carefully designing implantable RF wireless devices based on their relative electrical dimensions and placement within small-scale animal models.

À propos de ce résultat
Cette page est générée automatiquement et peut contenir des informations qui ne sont pas correctes, complètes, à jour ou pertinentes par rapport à votre recherche. Il en va de même pour toutes les autres pages de ce site. Veillez à vérifier les informations auprès des sources officielles de l'EPFL.
Concepts associés (38)
Rayonnement ionisant
vignette|Pouvoir de pénétration (exposition externe).Le rayonnement alpha (constitué de noyaux d'hélium) est arrêté par une simple feuille de papier.Le rayonnement bêta (constitué d'électrons ou de positons) est arrêté par une plaque d'aluminium.Le rayonnement gamma, constitué de photons très énergétiques, est atténué (et non arrêté) quand il pénètre de la matière dense, ce qui le rend particulièrement dangereux pour les organismes vivants.Il existe d'autres types de rayonnements ionisants.
Rayonnement de fond
Le rayonnement ambiant () est le rayonnement ionisant omniprésent auquel les gens sur la planète Terre sont exposés. Ce rayonnement provient de sources naturelles et artificielles. La composition et l'intensité des deux rayonnements ambiants (naturel et artificiel) varient selon l'emplacement et l'altitude. Les matières radioactives sont présentes dans la nature. Des quantités détectables de ces matières se trouvent naturellement dans le sol, les roches, l'eau, l'air et la végétation, à partir desquels elles sont inhalées et ingérées dans le corps.
Diagramme de rayonnement
thumb|Différents diagrammes d'émission d'antennes en deux dimensions thumb|Diagramme en trois dimensions Un diagramme de rayonnement ou d'émission est la représentation graphique de la distribution angulaire d'une grandeur caractérisant le rayonnement d'une antenne radioélectrique, et, par extension, cette répartition elle-même. Un autre sens de ce terme en fibres optiques, en lasers et optique intégrée est la répartition du champ électrique rapproché, soit la zone de diffraction de Fresnel, juste à l'avant d'une source.
Afficher plus
Publications associées (69)

Electromagnetic Radiation of Implantable Antennas

Mingxiang Gao

In the development of implantable bioelectronics, the establishment of efficient wireless RF links between implants and external nodes is crucial, providing substantial contributions to the advancement of medical diagnosis, therapies, and basic science. Im ...
EPFL2024

Measuring the electron energy distribution in tokamak plasmas from polarized electron cyclotron radiation

Arsène Stéphane Tema Biwole

In this doctoral thesis, a promising technique has been used for the measurement of non-thermal electrons in TCV. The technique employs a Vertical viewing ECE to more easily discriminate the radiation according to the energy of the electrons. Successful ...
EPFL2023

Hints of the Photonic Nature of the Electromagnetic Fields in Classical Electrodynamics

Marcos Rubinstein

Several recent publications show that the electromagnetic radiation generated by transmitting antennas satisfy the following universal conditions: The time domain radiation fields satisfy the condition A ≥ h/4π ⇒ q ≥ e where A is the action of the radiatio ...
2023
Afficher plus
MOOCs associés (9)
Plasma Physics: Introduction
Learn the basics of plasma, one of the fundamental states of matter, and the different types of models used to describe it, including fluid and kinetic.
Plasma Physics: Introduction
Learn the basics of plasma, one of the fundamental states of matter, and the different types of models used to describe it, including fluid and kinetic.
Plasma Physics: Applications
Learn about plasma applications from nuclear fusion powering the sun, to making integrated circuits, to generating electricity.
Afficher plus

Graph Chatbot

Chattez avec Graph Search

Posez n’importe quelle question sur les cours, conférences, exercices, recherches, actualités, etc. de l’EPFL ou essayez les exemples de questions ci-dessous.

AVERTISSEMENT : Le chatbot Graph n'est pas programmé pour fournir des réponses explicites ou catégoriques à vos questions. Il transforme plutôt vos questions en demandes API qui sont distribuées aux différents services informatiques officiellement administrés par l'EPFL. Son but est uniquement de collecter et de recommander des références pertinentes à des contenus que vous pouvez explorer pour vous aider à répondre à vos questions.