Batterifri i tid: symbiotisk pacemaker

Til tross for store fremskritt innen pacemaker-teknologi, er energiforsyningen til enhetene ennå ikke løst tilfredsstillende. Litiumjodbatteriene som er vanlige i dag, er virkelig overlegne sine forgjengere på mange måter, men de er fortsatt relativt store og store. Den største ulempen med batteridrift er den begrensede levetiden: Etter seks til ti år er batteriene tomme og må byttes ut sammen med enheten som en del av en operasjon.

Kropp som kraftverk

Tidligere har det vært flere forsøk på å bruke pasientens kropp til å levere energi til en pacemaker. Ulike forskere har allerede eksperimentert med hjerteslag, muskelaktivitet, metabolske prosesser som glukoseoksidasjon eller kroppsvarme som energikilde for implanterte enheter. En kinesisk forskningsgruppe har nå testet sin nye modell med en triboelektrisk nanogenerator som bruker hjerterytmen som energikilde hos griser [1].

Målsetting

I studien ble funksjonen til et selvdrevet symbiotisk pacemaker-system utviklet av forfatterne med egen energiproduksjon via en triboelektrisk nanogenerator testet på store dyremodeller (griser).

metodikk

Det nye symbiotiske pacemaker-systemet består av en triboelektrisk nanogenerator (iTENG) for å generere energi, en strømstyringsenhet (PMU) og pacemakeren. ITeng består av lag med overveiende fleksible materialer som optimalt kan tilpasse seg former og bevegelser.

Funksjonen til nanogeneratoren

Nanogeneratoren består av et triboelektrisk lag av polarisert polytetrafluoretylen (PTFE) og et aluminiumlag som fungerer som en elektrondonor. Begge lag er skilt fra hverandre med et porøst, svamplignende materiale når de er i ro. Bare pumpens bevegelse i hjertet bringer begge lag i kort kontakt. Elektronoverføring skjer i løpet av den korte kontaktfasen. Den genererte spenningen lagres i en kondensator.

Testkjøring hos griser

For å kontrollere funksjonen ble den nye symbiotiske pacemaker-modellen testet på griser. For dette formålet ble iTeng plassert mellom hjertet og perikardiet slik at PTFE-laget var overfor hjertets venstre ventrikkelvegg. Ladeprosessen ble observert i den første testkjøringen. I en andre test ble en bradykardiell arytmi utløst i grisene under anestesi ved å avkjøle sinusknuten for å kontrollere pacemakerens antiarytmiske aktivitet.

Resultater

Den triboelektriske nanogeneratoren var i stand til å generere en energi på 0,495 mikrojouler ved hver systol. Det er mer energi enn det som er nødvendig for pacemakerfunksjonen. I løpet av en tre timers ladetid steg den elektriske spenningen i kondensatoren fra 0 til 3,55 volt. Arytmi utløst av kulde i den andre testkjøringen ble registrert og korrigert av pacemakeren - energiforsyningen ble imidlertid brukt opp etter et minutt.

Konklusjon

Forfatterne beskriver funksjonaliteten til iTeng som en lovende metode for å konvertere biomekanisk energi til elektrisk energi in vivo. I tidligere tester har triboelektrisk nanogenerator allerede vist bemerkelsesverdig holdbarhet. Den leverer også fire ganger mer energi enn andre systemer, er fleksibel, lett og billig. Forfatterne kan forestille seg at iTeng-prinsippet kan brukes som en kilde til direkte elektrisk stimulering. Forfatterne innrømmer imidlertid selv at systemet langt fra er klart til bruk hos mennesker.

!-- GDPR -->