Lys et lys i stedet for at skifte batteri

(PhysOrg.com) -- Pacemakere og andet implanteret medicinsk udstyr kræver elektrisk strøm for at fungere. Udskiftning af batteri kræver en ekstra handling, hvilket er en ekstra belastning for patienten. Et japansk team ledet af Eijiro Miyako ved National Institute of Advanced Industrial Science and Technology har nu introduceret en alternativ tilgang i tidsskriftet Angewandte Chemie :en implanterbar konverter, der blot kan bestråles med laserlys gennem huden.

Bioelektroniske enheder hjælper mange patienter til at leve længere og opleve en bedre livskvalitet. Pacemakere er ikke de eneste elektroniske implantater, der bruges i dag; der findes også "smertepacemakere", som dæmper svære kroniske smerter. Disse er neurostimulatorer, der sender elektriske impulser direkte til rygmarven for at blokere signalvejen, der overfører smerte til hjernen. Et andet eksempel er den implanterbare medicinpumpe, som kan lede smertestillende medicin nær rygmarven eller give insulin til diabetikere.

Sådanne elektroniske implantater er normalt drevet af lithium-batterier, der holder højst ti år. Batteriet skal så skiftes i en anden operation. En genopladelig version er derfor ønskelig. Forskellige alternativer er tilgængelige i øjeblikket, såsom elektriske celler, der drives af glukose i kroppen, eller muskeldrevne dynamoer. Ulempen er, at produktionen af ​​strøm ikke kan kontrolleres. Andre tilgange fungerer gennem generering af elektromagnetisk strøm, men dette kan forstyrre elektroniske enheder i nærheden.

Det japanske hold har nu udviklet et interessant alternativ, en enhed, der afgiver strøm ved bestråling med en laser. I hjertet af systemet er meget findelte kulstof nanorør indlejret i en siliciummatrix. Disse absorberer laserlys og omdanner lysenergien meget effektivt til varme. Denne varmeenergi omdannes igen til elektrisk strøm af den lille enhed. Dette virker gennem Seebeck-effekten:I et elektrisk kredsløb lavet af to forskellige ledere - i dette tilfælde et særligt arrangement af halvledermaterialer - resulterer en temperaturforskel mellem kontakterne i en lille spænding. Kun den side af enheden, der er belagt med silicium/carbon nanorør-komposit, der bliver bestrålet, opvarmes, som giver den nødvendige temperaturforskel. Fordi kulstofnanorørene absorberer meget godt i en række bølgelængder, der kan passere gennem væv, enheden, som ikke behøver at være større end en halv centimeter terning, kan implanteres under huden. Simpel bestråling skulle så give den mulighed for at generere nok spænding til at oplade batteriet i en pacemaker eller anden enhed.

Forskerne arbejder nu på at gøre energiomdannelsen af ​​enheden endnu mere effektiv og øge dens sikkerhed til medicinske anvendelser.