Как избавить имплантируемые устройства от нужды в замене батарей?

Американские исследователи применили пьезоэлектрический эффект для получения энергии от сокращений сердца. Похоже, вопрос о питании кардиостимуляторов близок к своему окончательному решению.

Уже известный вам Джон Роджерс (John Rogers) вместе с коллегами из Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне (США) применил цирконат-титанат свинца, способный при приложении к нему давления генерировать электрический ток, для нанесения ни гибкую биосовместимую силиконовую ленту, которая может менять форму в соответствии с формой движущегося органа. Присоединив к такому устройству перезаряжаемую батарею, всю систему имплантировали нескольким животных, использовав для получения тока не только сердце, но и лёгкие с диафрагмой.

«Концепция получения электричества от движения внутренних органов действительно интересна», — говорит г-н Роджерс. И это так: современные имплантируемые устройства питаются от батареек. И когда их заряд подходит к концу, пациент вынужден ждать операции, до начала которой те же кардиостимуляторы переходят на «упрощённый» режим регуляции сердечных сокращений, что принуждает человека сказать «нет» активному образу жизни до замены батарей.

Лента с пьезоэлектриками, закреплённая на сердце оперируемой коровы (фото University of Illinois, University of Arizona).

Но не повредит ли получение энергии от того же сердца его функциям? Как оказалось, при расположении силиконовой ленты под углом к желудочкам она ничем не мешает сердцу, а общие энергозатраты этого органа таковы, что на их фоне незначительная энергия, забираемая лентой и пьезоэлектриком, вообще ни на что не влияет.

Нынешняя система генерирует примерно 0,2 мкВт на квадратный сантиметр пьезоэлектрического материала, что хотя и достаточно для запитки любого из присутствующих на рынке имплантируемых кардиостимуляторов, всё же мало в сравнении с общими энергетическими потребностями организма, направляемыми на сердечные сокращения.

Подчёркивается, что система была испытана на животных, по размерам сравнимых с людьми, включая коров, овец и наших едва ли не двойников свиней. Если продолжительная часть эксперимента — наблюдения за жизнедеятельностью животных с имплантированными пьезоэлектриками — покажет полное отсутствие негативного влияния на них, то следующим шагом станет использование аналогичных системы для медицинских имплантатов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.