Учёные создали гибкую сетку, которая получает электричество из сокращений сердечных клеток
iXBT.com ·
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.