Кардиостимуляторы давно стали надежным инструментом в борьбе с нарушениями сердечного ритма, но у них есть существенный недостаток — ограниченный срок службы батареи. Замена устройства требует повторной операции, а это может означать несколько хирургических вмешательств за жизнь. Теперь у проблемы может появиться решение: в Висконсинском университете в Мадисоне (США) создали прототип кардиостимулятора, который получает энергию прямо от работы сердца.
В основе новинки — трибоэлектрический наногенератор: он вырабатывает электричество за счет микродвижений, возникающих при сокращениях сердечной мышцы. Осциллирующие структуры внутри устройства устроены так, что при сближении и расхождении противоположно заряженных пластин появляется заряд — его либо используют сразу, либо накапливают в небольшом конденсаторе. Ключевое преимущество разработки — высокая плотность выходной мощности: в лаборатории удалось достичь 276,6 микроватта на кубический сантиметр, что существенно превосходит показатели прежних миниатюрных генераторов.
Нам пришлось подумать о том, как сбалансировать стабильность и гибкость, чтобы оно могло совершать колебания миллионы и миллионы раз, сохраняя при этом желаемое механическое поведение
Эта фраза точно отражает сложность задачи: инженерам нужно было не просто получить энергию, а сделать так, чтобы устройство оставалось надежным в условиях постоянных нагрузок.
Команда адаптировала технологию под самый распространенный внутрисердечный кардиостимулятор MicraTM: генератор разместили в его батарейном отсеке, сохранив общий размер устройства. Первые испытания на свиньях показали, что прототип стабильно работает и не вызывает дополнительных побочных реакций. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
Несмотря на успехи, путь к клиническому применению еще не пройден. В условиях живого организма мощность оказалась ниже, чем в лаборатории: мягкая сердечная ткань гасит колебания, а вращательные движения сердца не так эффективно задействуют механизм генератора. Сейчас исследователи дорабатывают конструкцию, чтобы эффективнее преобразовывать естественные движения органа в полезную энергию.
По словам экспертов, технология может стать основой для нового поколения имплантируемых устройств — не только долговечных, но и более функциональных. Однако коммерциализация и внедрение в практику, скорее всего, займут годы: впереди — дальнейшие тесты и решение оставшихся инженерных задач.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России придумали «живую» альтернативу кардиостимуляторам.