Учёные создали гибкую сетку, которая получает электричество из сокращений сердечных клеток
- Учёные Массачусетского университета создали гибкую сетку с генераторами PZT, превращающими сокращения клеток сердечной мышцы в электричество.
- В лабораторных испытаниях плотность собираемой энергии была более чем в 10 раз выше, чем у конструкций с отдельными генераторами.
- Сетку испытали только на выращенной сердечной ткани; её работу в организме и способность питать имплант ещё не показали.
Почему это важно: Технология задумана для уменьшения зависимости медицинских имплантов от батарей, которые требуют подзарядки или замены.
Учёные из Массачусетского университета разработали ультратонкую гибкую электронную сетку, которая преобразует механические сокращения живых клеток человеческого сердца в электричество. Устройство объединяет множество миниатюрных пьезоэлектрических генераторов: при деформации они вырабатывают электрический заряд. В лабораторных испытаниях система продемонстрировала более чем 10-кратное преимущество по эффективной плотности собираемой энергии перед традиционными конструкциями с отдельными генераторами.
Основное отличие разработки — генераторы распределены по гибкой сетке, в которую могут врастать живые клетки. Для её создания учёные изготовили тонкие ленты из цирконата-титаната свинца (PZT) и встроили их в полимерную основу с открытой структурой. Затем сетку заселили человеческими клетками сердечной мышцы. По мере роста клетки проникали в её структуру, а при сокращениях деформировали встроенные элементы, вырабатывающие электричество.
Обычные пьезоэлектрические сборщики энергии, как правило, крепятся к поверхности ткани. Их механические свойства могут отличаться от свойств мягких биологических структур, а контакт с тканью ограничивается сравнительно небольшой площадью. Новая конструкция распределяет генераторы по всей сетке и позволяет им взаимодействовать с клетками в разных точках, сохраняя гибкость при движении ткани. По мнению авторов, такой подход также может улучшить биосовместимость электронных устройств за счёт уменьшения механического несоответствия между имплантом и тканью.
Технология предназначена для решения одной из проблем медицинской электроники: батареи увеличивают размеры и жёсткость устройств, требуют подзарядки или замены. Для имплантов замена аккумулятора может означать дополнительную операцию с сопутствующими рисками и расходами. Разработчики рассматривают возможность применения сетки в кардиостимуляторах, системах мониторинга сердца, нейростимуляторах и других маломощных устройствах. Дополнительную выработку энергии предлагается получать за счёт нескольких слоёв сетки, размещённых друг над другом без существенного увеличения габаритов.
Пока что устройство испытали только на выращенной в лаборатории сердечной ткани. Учёные ещё не продемонстрировали его работу внутри живого организма или способность самостоятельно питать действующий медицинский имплант. Необходимо также проверить долговечность конструкции, фактическую электрическую мощность и безопасность длительного контакта с тканями: используемая керамика PZT содержит свинец, который потребуется надёжно изолировать от организма. Поэтому на сегодня речь идёт об экспериментальной технологии сбора энергии.
© iXBT
