Ученые Висконсинского университета разработали прототип кардиостимулятора, который способен получать энергию непосредственно от сердцебиения пациента. Устройство не использует традиционную батарею и в перспективе может работать на протяжении всей жизни человека, избавив пациентов от повторных операций для замены источника питания. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Основой разработки стал миниатюрный трибоэлектрический наногенератор — устройство, преобразующее механическое движение в электричество. Исследователи встроили его в корпус беспроводного внутрисердечного кардиостимулятора.
«Когда сердце сокращается, его движение приводит к сближению и расхождению расположенных внутри генератора пластин. Это движение создает электрический заряд, который используется для работы кардиостимулятора или накапливается в небольшом конденсаторе», — объяснили ученые.
Главным достижением ученые называют высокую плотность вырабатываемой энергии. В лабораторных условиях генератор производил до 276,6 микроватта на кубический сантиметр — по оценке авторов, значительно больше предыдущих миниатюрных пьезоэлектрических и трибоэлектрических генераторов. Этого количества энергии достаточно для питания кардиостимулятора.
Прототип испытали на свинье. В течение месяца устройство обеспечивало стимуляцию сердца и не вызвало дополнительных побочных реакций по сравнению с обычными внутрисердечными кардиостимуляторами.
Разработка может решить одну из главных проблем современных устройств. Срок службы батарей внутрисердечных кардиостимуляторов обычно составляет около семи-десяти. После ее разрядки замена устройства может потребовать дополнительного медицинского вмешательства. Особенно актуальна эта проблема для молодых пациентов, которым потенциально могут понадобиться несколько замен в течение жизни.
Однако до испытаний на людях технологии еще предстоит пройти несколько этапов. В организме животного генератор вырабатывал меньше энергии, чем в лаборатории: мягкие ткани сердца частично поглощали механические колебания. Кроме того, исследователям необходимо адаптировать конструкцию к естественным скручивающим движениям сердца.
Ранее был найден иммунный «переключатель», запускающий восстановление сердца.