Ingeniører høster hjerteenergi til at drive livreddende enheder

Hjertets bevægelse er så kraftig, at den kan genoplade enheder, der redder vores liv, ifølge ny forskning fra Dartmouth College.

Ved at bruge en opfindelse på størrelse med en krone, udviklet af ingeniører ved Thayer School of Engineering i Dartmouth, hjertets kinetiske energi kan omdannes til elektricitet for at drive en lang række implanterbare enheder, ifølge undersøgelsen finansieret af National Institutes of Health.

Millioner af mennesker er afhængige af pacemakere, hjertestartere og andre livreddende implanterbare enheder, der drives af batterier, der skal udskiftes hvert femte til tiende år. Disse udskiftninger kræver operation, som kan være dyr og skabe mulighed for komplikationer og infektioner.

"Vi forsøger at løse det ultimative problem for enhver implanterbar biomedicinsk enhed, siger Dartmouth ingeniørprofessor John X.J. Zhang, en ledende forsker på det studie, hans team gennemførte sammen med klinikere ved University of Texas i San Antonio. "Hvordan skaber du en effektiv energikilde, så enheden vil gøre sit arbejde i hele patientens levetid, uden behov for operation for at udskifte batteriet?"

"Af samme betydning er det, at enheden ikke forstyrrer kroppens funktion, " tilføjer Dartmouth-forsker Lin Dong, første forfatter på papiret. "Vi vidste, at det skulle være biokompatibelt, letvægts, fleksibel, og lav profil, så den passer ikke kun ind i den nuværende pacemakerstruktur, men er også skalerbar til fremtidig multifunktionalitet."

Holdets arbejde foreslår at modificere pacemakere for at udnytte den kinetiske energi af ledningstråden, der er knyttet til hjertet, konvertere det til elektricitet for løbende at oplade batterierne. Det tilsatte materiale er en type tynd polymer piezoelektrisk film kaldet "PVDF" og, når den er designet med porøse strukturer - enten en række små spændebjælker eller en fleksibel cantilever - kan den konvertere selv små mekaniske bevægelser til elektricitet. En ekstra fordel:de samme moduler kan potentielt bruges som sensorer for at muliggøre dataindsamling til overvågning af patienter i realtid.

Resultaterne af den treårige undersøgelse, afsluttet af Dartmouths ingeniørforskere sammen med klinikere ved UT Health San Antonio, blev netop offentliggjort i forsidehistorien for Avancerede materialeteknologier .

De to resterende år med NIH-finansiering plus tid til at afslutte den prækliniske proces og opnå regulatorisk godkendelse sætter en selvopladende pacemaker omkring fem år ude af kommercialisering, ifølge Zhang.

"Vi har afsluttet den første runde af dyreforsøg med fantastiske resultater, som snart vil blive offentliggjort, " siger Zhang. "Der er allerede meget udtrykt interesse fra de store medicinske teknologivirksomheder, og Andrew Closson, en af ​​undersøgelsens forfattere, der arbejder med Lin Dong og en ingeniør Ph.D. Innovation Program studerende ved Dartmouth, lærer virksomheds- og teknologioverførselsfærdighederne for at være en kohorte i at komme videre med iværksætterfasen af ​​denne indsats."