Электрод с пьезоэлектриком запитал кардиостимулятор от сокращений сердечной мышцы

Patricio R. Sarzosa, Thayer School of Engineering Patricio R. Sarzosa, Thayer School of Engineering

Американские инженеры разработали пьезоэлекрический генератор, способный превращать сокращения сердечной мышцы в электричество, передаваемое расположенному рядом электрокардиостимулятору, при этом пьезолектрик крепится не на саму сердечную мышцу, а на электрод кардиостимулятора. Разработчики считают, что в перспективе такое устройство позволит создать полностью автономный электрокардиостимулятор, не требующий замены аккумулятора. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Advanced Materials Technologies.

Электрокардиостимулятор представляет собой устройство, создающее электрические импульсы, заставляющие сердечную мышцу сокращаться и тем самым поддерживающие нормальный режим работы сердца. Обычно электрокардиостимуляторы имплантируются на постоянной основе и работают непрерывно. Главный недостаток такой схемы — необходимость замены аккумулятора каждые 5–10 лет, причем для этого приходится проводить серьезное хирургическое вмешательство. Инженеры уже достаточно давно работают над альтернативными схемами питания имплантируемых электрокардиостимуляторов, в том числе существуют разработки, позволяющие преобразовывать сокращения сердца в электричество или получать энергию из внешнего источника беспроводным способом.

Джон Чжан (John Zhang) и его коллеги из Дартмутского колледжа и Техасского университета в Сан-Антонио разработали новый способ добычи энергии для электрокардиостимулятора, не возлагающий дополнительную нагрузку на сердце. Представленные ранее аналогичные разработки предполагали, что для выработки энергии полоску пьезоэлектрика необходимо закрепить на сердце. В новой работе инженеры решили установить ее на электрод электрокардиостимулятора, что решает сразу две проблемы: пьезоэлектрик не мешает работе сердца, а вырабатываемую энергию можно передавать через тот же электрод.

Схема расположения компонентов. Lin Dong et al. / Advanced Materials Technologies, 2019

Фотография полоски, обернутой вокруг элеткрода и помещенной в мягкую трубку. Lin Dong et al. / Advanced Materials Technologies, 2019

Для этого они создали гибкую полоску, в основе которой лежит пьезоэлектрический материал на основе поливинилиденфторида и трифторэтилена. Он располагается в центре конструкции и представлен в виде пористого и сплошного слоев. Над этими слоями располагаются золотые электроды, на один из которых нанесен слой полиимида. Для того, чтобы пленка эффективно преобразовывала механическую энергию сокращения сердечной мышцы в электрическую, ее необходимо обернуть вокруг электрода электрокардиостимулятора таким образом, чтобы с двух сторон от него располагались два свободных конца полоски. Кроме того, ее необходимо поместить в мягкую трубку, позволяющую сжимать ее вместе с полоской, но в то же время препятствующую прямому контакту тканей с материалом.

Структура диэлектрической полоски. Lin Dong et al. / Advanced Materials Technologies, 2019

Авторы провели испытания разработки на аппарате, который колеблется с заданной частотой и имитирует работу миокарда. Эксперименты показали, что при частоте колебаний в один герц полоска способна вырабатывать ток с напряжением до 0,5 вольта и силой тока до 43 наноамперов. Кроме того, инженеры показали, что эти характеристики можно улучшить, закрепив груз на концах полоски. К примеру, при грузе массой 31,6 миллиграмма мощность выработки повышается в 1,82 раза.

У пьезоэлектрических генераторов есть альтернатива в виде трибоэлектрических генераторов, привлекающих все большее внимание ученых. В прошлом году китайские исследователи создали трибоэлектрический генератор на основе мятой золотой фольги, имеющий большую мощность. К примеру, прототип площадью 1,5 квадратных сантиметра смог запитать одновременно 48 светодиодов.

Автор: Григорий Копиев

Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов
Источник(и):

nplus1.ru