Laikā bez akumulatoriem: simbiotiskais elektrokardiostimulators

Neskatoties uz lielajiem sasniegumiem elektrokardiostimulatoru tehnoloģijā, ierīču enerģijas piegāde vēl nav apmierinoši atrisināta. Mūsdienās parastās litija joda baterijas patiešām daudzos aspektos ir pārākas par saviem priekšgājējiem, taču tās joprojām ir salīdzinoši lielas un apjomīgas. Galvenais akumulatora darbības trūkums ir tā ierobežotais kalpošanas laiks: pēc sešiem līdz desmit gadiem akumulatori ir tukši, un darbības laikā tie jāaizstāj kopā ar ierīci.

Ķermenis kā spēkstacija

Iepriekš ir bijuši vairāki mēģinājumi izmantot pacienta ķermeni enerģijas piegādei elektrokardiostimulatoram. Dažādi pētnieki jau ir eksperimentējuši ar sirdsdarbību, muskuļu aktivitāti, vielmaiņas procesiem, piemēram, glikozes oksidāciju vai ķermeņa siltumu, kā enerģijas avotu implantētām ierīcēm. Ķīnas pētnieku grupa tagad ir pārbaudījusi savu jauno modeli ar triboelektrisko nanogeneratoru, kas cūkām izmanto sirdsdarbību kā enerģijas avotu [1].

Mērķu izvirzīšana

Pētījumā autori izstrādātas simbiotiskas elektrokardiostimulatora sistēmas funkcija, kurai ir sava enerģijas ražošana, izmantojot triboelektrisko nanogeneratoru, tika pārbaudīta ar lielu dzīvnieku modeļiem (cūkām).

metodoloģija

Jaunā simbiotiskā elektrokardiostimulatora sistēma sastāv no triboelektriskā nanogeneratora (iTENG) enerģijas ražošanai, enerģijas pārvaldības vienības (PMU) un elektrokardiostimulatora. ITeng sastāv no pārsvarā elastīgu materiālu slāņiem, kas var optimāli pielāgoties formām un kustībām.

Nanogeneratora funkcija

Nanogenerators sastāv no polarizēta politetrafluoretilēna (PTFE) triboelektriskā slāņa un alumīnija slāņa, kas kalpo kā elektronu donors. Abus slāņus miera stāvoklī viens no otra atdala porains, sūkļveidīgs materiāls. Tikai sirds sūknēšanas kustība abus slāņus nonāk īsā saskarē. Elektronu pārnese notiek īsā kontakta fāzē. Radītais spriegums tiek uzglabāts kondensatorā.

Pārbaudes brauciens ar cūkām

Lai pārbaudītu tā darbību, jaunais simbiotiskā elektrokardiostimulatora modelis tika pārbaudīts uz cūkām. Šim nolūkam iTeng tika novietots starp sirdi un perikardu tā, lai PTFE slānis būtu pretī sirds kreisā kambara sienai. Uzlādes process tika novērots pirmajā testa braucienā. Otrajā pārbaudē cūkām anestēzijas laikā tika izraisīta bradikardijas aritmija, atdzesējot sinusa mezglu, lai pārbaudītu elektrokardiostimulatora antiaritmisko aktivitāti.

Rezultāti

Triboelektriskais nanogenerators katrā sistolē spēja radīt 0,495 mikrodžoulu enerģiju. Tas ir vairāk enerģijas, nekā nepieciešams elektrokardiostimulatora funkcijai. Trīs stundu uzlādes laikā kondensatora elektriskais spriegums palielinājās no 0 līdz 3,55 voltiem. Aritmiju, ko izraisīja aukstums otrajā testa braucienā, elektrokardiostimulators reģistrēja un koriģēja - tomēr enerģijas padeve tika iztērēta pēc minūtes.

Secinājums

Autori savas iTeng funkcionalitāti raksturo kā daudzsološu metodi biomehāniskās enerģijas pārveidošanai elektriskajā enerģijā in vivo. Iepriekšējos testos triboelektriskais nanogenerators jau ir parādījis ievērojamu izturību. Tas arī piegādā četras reizes vairāk enerģijas nekā citas sistēmas, ir elastīgs, viegls un lēts. Autori var iedomāties, ka iTeng principu varētu izmantot kā tiešas elektriskās stimulācijas avotu. Tomēr paši autori atzīst, ka sistēma nebūt nav gatava lietošanai cilvēkiem.

!-- GDPR -->