Кардиостимулятор, работающий от сердца
Пьезоэлементы позволят избавить кардиостимуляторы от обычных батареек.
Разнообразные миниатюрные медицинские устройства уже давно используются в повседневной клинической практике: это и всякие датчики, которые считывают те или иные физиологические параметры, это и устройства с лекарствами, высвобождающие свою лекарственную начинку в соответствии с определенным расписанием, это и крохотные электронные ритмоводители, помогающие сердцу работать правильно.
Среди ритмоводителей давно есть беспроводные модели, которые работают на собственной батарейке, а сами по себе такие устройства стали настолько маленькими, что их вводят в стенку сердечной мышцы с помощью катетера через вену, без какого-либо серьёзного хирургического вмешательства.Но любой источник питания рано или поздно истощается, удалить же кардиостимулятор так просто не выйдет – вокруг него начинается рубцевание, так что устройство оказывается как бы запечатано в сердце. Конечно, батарейка служит довольно долго, но через несколько лет ритмоводитель работать все-таки перестает, и нужно ставить новый, так что в итоге, по словам Амина Карами (M. Amin Karami) из Университета Баффало, сердце превращается в небольшое кладбище кардиостимуляторов.
Сам Амин Карами и его коллеги предлагают использовать в качестве источника питания для ритмоводителя такое устройство, которое собирало бы энергию сердечных сокращений. Речь идет о пьезоэлементе: как известно, пьезоэлектрические кристаллы при сжатии генерируют электрический ток.
Пьезоэлемент можно установить на вибрирующий мотор или даже на мост, по которому постоянно идут машины, его используют, чтобы превращать механические вибрации в электричество. Но точно так же можно использовать и регулярные сокращения и расширения сердечной мышцы. Правда, у разных людей сердечный ритм отличается, но, по словам исследователей, их элемент питания может работать с широким диапазоном частот.
Как пишет портал The Scientist, первый прототип такого устройства Карами и его коллеги описали в статье в Smart Materials and Structures, а спустя какое-то время в Journal of Intelligent Material Systems and Structures вышла другая статья, в которой говорилось, как сделать пьезоэлектрический источник питания еще более маленьким и более энергоемким. Теперь его предстоит объединить с собственно кардиостимулятором. В конечном счете, все устройство в целом должно оказаться таким же небольшим, как обычные кардиостимуляторы, чтобы его можно было также вводить сердце через катетер.
Похожую идею в 2014 году обсуждали исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне в своей статье в PNAS: в ней они описывали материалы и устройства, которые позволяли бы получать электрическую энергию от движений, совершаемых сердцем, легкими и диафрагмой; экспериментальные модели таких устройств хорошо работали на органах животных, по размеру схожих с человеческими. Сейчас же, спустя несколько лет, речь идет уже о том, чтобы поставить пьезоэлемент на человеческий кардиостимулятор.
Напомним, что проблему с батарейками можно решить иным путем – так, как это сделали исследователи из Стэнфорда: в качестве источника питания для ритмоводителя они использовали генератор электромагнитных волн, расположенный просто на поверхности тела.
