Bilim adamları, kalp pilleri için enerji üretmek üzere kalbin hareketini kullanan bir triboelektrik güç kaynağı geliştirdiler. Domuzlar üzerinde yapılan hayvan testleri başarılı oldu, ancak teknolojinin insanlarda kullanılabilmesi için önce küçülmesi ve daha verimli olması gerekiyor. Gelecekte, kalp pilleri ve diğer implantlar, pillere ve düzenli operasyonel pil değişikliklerine ihtiyaç duymadan bu şekilde elektrikle beslenebilir.

Pekin, Çin). Alman Pacemaker Register’ın (PDF) yıllık raporuna göre, yalnızca 2016 yılında Almanya’da 77.188 hastaya yeni bir implant takıldı. Şu anda mevcut olan tüm kalp pilleri bir lityum -iyodin pili veya lityum-karbon monoflorür pili ile çalışır, bu pillerin ortalama ömrünün yalnızca sekiz yıl olması dezavantajı vardır. Zayıflayan pil nedeniyle implantın güvenilir çalışması artık garanti edilemez hale gelir gelmez, küçük bir cerrahi müdahale gerektiren cihazı değiştirmek gerekir.

Gelecekte, Pekin’deki Biyoenerji ve Nanosistemler Enstitüsü’nden yeni bir gelişme, kalp pillerinin kendilerine elektrik sağlamasını sağlayarak düzenli ameliyatları gereksiz hale getirebilir. Araştırma çalışmasının sonuçları Nature dergisinde yayınlandı.

Triboelektrik Sistem

Çinli bilim adamları, implanta güç sağlamak için pil yerine, kalbin hareketlerinden elektrik üreten bir triboelektrik sistem kullandılar. Bu, kalbin pompalama hareketleri ile iki metal tabakasını birbirine bastırarak ve ardından tekrar ayırarak çalışır. İşlem sırasında, kalp piline güç sağlamak için kullanılan elektronlar serbest bırakılır.

Triboelektrik, polarize politetrafloroetilenden (PTFE) yapılmış bir metal katmandan ve dokunulduğunda elektron yayan bir alüminyum katmandan oluşur. Metal tabakalar arasında, kalbin hareketleri ile sıkıştırılan ve bu da iki metal tabaka arasında elektron transferine izin veren gözenekli bir ayırıcı bulunur. Bir elektrot, üretilen voltajı, üretilen elektriği depolayan ve implanta enerji sağlayan küçük bir kapasitöre iletir.

Domuzlarla yapılan denemeler başarılı

Güç kaynağının performansını araştırmak için Han Ouyang’ın ekibi, sol ventrikülün dış duvarına triboelektrik enerji toplayıcının implante edildiği domuzlarla deneyler yaptı. Domuzun organı ve insan kalbi boyut ve ağırlık olarak karşılaştırılabilir olduğundan, bir kalp pilinin enerji gereksinimleri neredeyse aynıdır. Kalbin her sistolü, triboelektrik jeneratörünün 0.495 mikrojoule enerji üretmesine neden oldu. Kapasitörde üç saat içinde 3,55 voltluk bir voltaj üretildi. Jeneratörün gücü, in vivo güç üretimine yönelik önceki yaklaşımlara göre dört kat daha fazladır.

Bilim adamları daha sonra triboelektrik jeneratörü güncel bir kalp piline bağladılar ve domuzlara yerleştirdiler. Domuzlar kalp fonksiyonlarıyla enerji deposunu yükledikten sonra, bilim adamları hayvanların kalp bölgesini soğutarak geri dönüşümlü aritmilere neden oldular. Bu nedenle, triboelektrik sistemden gelen güç kaynağı yeterince güçlüyse kalp pili etkinleştirilmelidir.

Deney başarılı oldu ve implante edilen kalp pili domuz kalplerindeki aritmileri yalnızca in vivo jeneratörden gelen güç kaynağıyla düzeltebildi. Depolanan elektrik yaklaşık bir dakika sonra tükendikten sonra, domuzların kalpleri bağımsız olarak normal ritimlerinde atmaya devam etti ve kan basınçları da normale döndü.

Bilim adamları, testlerin bir triboelektrik güç kaynağının prensipte yeterli güç sağlayabildiğini ve kalp pillerine ek olarak diğer tıbbi amaçlar için pillere bir alternatif oluşturduğunu gösterdiğini açıklıyor. Bununla birlikte, sistem şu anda insanlara implante edilemeyecek kadar büyük. Bu nedenle gelecekte bilim adamları, insan deneklerle klinik araştırmalar yürütebilmek için teknolojiyi minyatürleştirme üzerinde çalışıyorlar.