Медицинские устройства для сердечной мышцы, такие как кардиостимуляторы и дефибрилляторы, рассчитаны на питание от батареек, но эти батарейки необходимо заменять каждые 5–10 лет. Каждая операция, даже самая обычная, как замена батареи, может привести к новым осложнениям и может быть дорогостоящей. Чтобы помочь предотвратить подобные операции, исследователи из Дартмутского колледжа разрабатывают новые методы для выработки электричества, используя силу сердцебиения человека.
Инженеры Технической школы Тейера в Дартмуте разработали пьезоэлектрический кантилевер (кронштейн) размером с десятицентовую монету, который одновременно гибкий и губчатый. Новая конструкция включает тонкую пленку из поливинилиденфторида и трифторэтилена в структуре с двумя кантилеверами, обернутой вокруг провода кардиостимулятора с двумя свободными концами. Свободные концы простираются от кардиостимулятора для сбора энергии от ударов сердца.
«Мы пытаемся решить конечную проблему для любого имплантируемого биомедицинского устройства», — говорит профессор инженерных наук из Дартмута Джон X.J. Чжан, ведущий научный сотрудник исследования, которое проводилось с помощью врачей из UT Health San Antonio. «Как создать эффективный источник энергии, чтобы устройство выполняло свою работу в течение всей жизни пациента, без необходимости хирургического вмешательства для замены батареи?» Наряду с созданием источника питания, который будет работать в течение жизни пациента, устройство не должно мешать нормальному функционированию организма.
а)Концепция пьезоэлектрического тонкопленочного зарядного устройства для имплантируемого
дефибриллятора кардиовертера и гибкого пористого двухкантильного зарядного устройства PVDF-TrFE на выводе AICD.
б) Видеоанализ хронически имплантированных отведений уловителя ритма от собаки.
c) Двойной консольный энергетический приемник в мягкой трубке на выводе AICD.
«Мы знаем, что он должен быть биосовместимым, легким, гибким и низкопрофильным, поэтому он не только вписывается в текущую структуру кардиостимулятора, но и масштабируется для будущей многофункциональности», — добавляет Дартмут Лин Донг.
Первоначальные результаты испытаний показали максимальный выход по электрической мощности 0,5 В и 43 нА при частоте 1 Гц. Команда обнаружила, что добавление контрольной массы 31,6 мг на наконечник с двумя кантилеверами приводит к увеличению мощности в 1,82 раза.
В настоящее время исследовательская группа работает в рамках гранта Национального института здравоохранения, и у нее осталось два года, чтобы завершить доклинический процесс и получить одобрение регулирующих органов. Инженеры программы также начали исследовать, как эта технология может использоваться для зарядки других имплантированных устройств.
