Имплантируемые медицинские устройства – одно из самых перспективных направлений в развитии медтехники. Сверхкомпактные устройства могут собирать медицинские данные, стимулировать работу жизненно важных систем организма и помогать в мониторинге состояния пациентов с тяжёлыми заболеваниями. Правда, остаётся открытым вопрос питания подобных устройств, но в решении этой проблемы наметился большой прогресс.

Батарейки для имплантатов

Для питания портативной техники используют съёмные источники электрического тока или их комбинации с солнечными батареями, чтобы продлить срок службы без необходимости подзарядки. С носимыми медицинскими устройствами дело обстоит точно так же, они работают с периодической зарядкой или заменой старых батарей на новые. К примеру, таким образом работают устройства для мониторинга артериального давления. Сложности начинаются, когда речь заходит об имплантатах, они помещаются в ткани во время хирургического вмешательства, и простая замена батареи превращается в очередную операцию. К тому же, современные элементы питания слишком большие и неудобные, порой они занимают большую часть объёма устройства, создавая дополнительные проблемы. К примеру, для части техники приходится жертвовать удобством эксплуатации и возможным функционалом. Именно по этой причине исследователи вплотную занимаются поиском новых компактных источников энергии, обладающих меньшими размерами и достаточной энергоёмкостью.

Свой вариант предложила исследовательская группа Массачусетского технологического института. По их мнению, лучшим источником энергии будет тот, который не нужно заряжать. Поэтому они провели много времени за разработкой миниатюрного генератора, работающего на жидкостях человеческого тела.

Генератор на глюкозе

Ещё в 1960-е годы появились первые идеи об использовании электрохимических реакций, где главным элементом выступала глюкоза. Были даже получены первые образцы генератора, способного постоянно вырабатывать электрический ток. К сожалению, все они были основаны на использовании полимеров. Поэтому по надёжности и долговечности не шли ни в какое сравнение с имевшимися к тому времени аккумуляторными батареями. Проект забросили, а в 2016 году, с появлением более совершенных материалов и технологий, вновь реанимировали. Теперь в качестве основы для устройства используют керамику.

Базой для построения «химического генератора» стала керамическая пластина. Итоговая толщина устройства составила всего лишь 400 нанометров, что сравнимо с сотой частью диаметра человеческого волоса. В качестве электролита использовали церий, металл, который совершенно безопасен для организма и обладает большой степенью биосовместимости, не вызывая отторжения. По тем же самым соображениям катод и анод изготовили из платины.

Устройство имплантируется в живые ткани, постоянно снабжаемые глюкозой, поэтому у него имеется безграничный источник топлива. Глюкоза вступает в электрохимическую реакцию с катодом, при этом образуется глюконовая кислота, пара электронов и пара протонов. Сама глюконовая кислота оказывает положительное действие на организм, в частности повышает работоспособностью мышц и стимулирует обменные процессы. Протоны утилизируются с образованием безвредных молекул воды, а электроны собираются и служат для создания электрического тока. Подобный источник питания может выдавать мощность около 43 микроватт на каждый квадратный сантиметр своей площади. По мнению исследователей, созданный ими метод может использоваться не только в медицине для создания «бесконечного» источника энергии, но и в других сферах деятельности.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!