На днях группа специалистов из Китая опубликовала результаты своей работы по созданию пьезоэлектрического генератора для электрокардиостимулятора. Разработчики уже провели испытания на свинье, которой имплантировали такой генератор, предварительно подключенный к кардиостимулятору с извлеченными батарейками.
Стимулятор — устройство, обеспечивающей сокращение сердца в определенном режиме. Он генерирует электрические импульсы, которые и заставляют сокращаться сердце, уже неспособное работать без поддержки.
Обычно стимуляторы имплантируют в грудную полость пациента, причем работает гаджет от аккумуляторов, которых хватает на несколько лет. После того, как заряд заканчивается, пациенту приходится проходить операцию, в ходе которой меняют либо батарейку, либо весь стимулятор.
Сейчас есть и другие разработки — например, кардиостимуляторы, которым не нужны элементы питания, они получают ток от генераторов. Одним из лучших генераторов является само сердце, мышцы которого постоянно двигаются.
Китайские ученые под руководством Хао Чжана (Hao Zhang) из Второго военно-медицинского университета Китая успешно провела испытания. В его ходе имплантированный пьезоэлектрический генератор смог запитать электрокардиостимулятор внутри живого организма. Генератор имеет размер около трех сантиметров.
Каркас приспособления сделан из полиэтилентерефталат. Форма стимулятора, если смотреть сбоку напоминает цифру 8. Материал корпуса упругий, поэтому генератор может как сжиматься, так и возвращаться к прежней форме. С двух сторон системы ученые разместили композитные пьезоэлектрические полоски, которые состоят из соединений на основе свинца. Полоски окружены пленками хрома и золота, играющих роль электродов.
Принцип работы генератора — выработка электричества при деформации. Собственно, так работают многие пьезоэлектрические генераторы. Разработка китайских ученых производит электричество как при сжатии, так и при возвращении в нормальное состояние.
Сначала ученые создали прототип, затем систему, способную работать без особых проблем в лабораторных условиях. Финальный этап, о котором уже говорилось выше — размещение системы внутри живого организма, в данном случае — свиньи.
В лаборатории испытывали очень упрощенный прототип, состоящий из емкости с водой с генератором внутри. На генератор давит поршень со сжимающимся наконечником из полимера. Вся эта система моделирует ткань на внешней поверхности сердца.
Когда выяснилось, что система работает, ученые провели целую серию опытов, которые показали, что если добавить еще один пьезоэлектрический слой и подключить их по параллельной схеме, то мощность возрастает в более чем два раза, достигая показателя в 33 микроватта.
В опытах решено было задействовать свинью йоркширской породы. На сердце животного закрепили генератор, подключив его к выпрямителю тока. А затем всю систему подключили к электрокардиостимулятор с извлеченным аккумулятором. Во время работы девайс настроили примерно на 80 сокращений в минуту. В этом же ритме работало и сердце свиньи, поддерживаемое стимулятором с подведенным током. До опыта частота ударов составляла 60-70 в секунду.
После эксперимента ученые проверили показания электрокардиограммы, что позволило говорить об успешном опыте.
Кстати, устройства такого типа создавались и раньше. Еще в 2014 году ученый по имени Цюрбушен разработал ритмоводитель, работающий по принципу автозавода обычных механических наручных часов. Прототип создали за несколько недель и после проверки его работы оказалось, что идея вполне рабочая. Причем сокращения сердечной мышцы также являются инструментом для генерации энергии. Сердце приводит в движение механизм ритмоводителя, заставляя действующие элементы вращаться. Вращение, в свою очередь, сжимает пружину механизма, которая сокращается до определенного предела. Далее пружина раскручивается, заставляя работать небольшой генератор электричества.
Оно в свою очередь накапливается в аккумуляторе и используется для поддержания работы системы ритмоводителя, что приводит к коррекции ритма сокращения сердечной мышцы.
