Китайські вчені створили п'єзоелектричний генератор для живлення електрокардіостимулятора від скорочень серцевого м'яза. Розробники успішно підтвердили працездатність пристрою на свині, якою був імплантований п'єзоелектричний генератор, підключений до кардіостимулятора з витягнутим акумулятором. Стаття з описом розробки та експериментів опублікована в.
Електрокардіостимулятор є пристроєм, що підтримує певний режим роботи серця завдяки створенню електричних імпульсів, що змушують серцевий м'яз скорочуватися. Такі пристрої імплантують у грудну порожнину і забезпечують їх акумулятором, здатним підтримувати роботу кардіостимулятора протягом декількох років. Після вироблення акумулятора пацієнтам доводиться знову проходити через операцію, під час якої проводиться заміна акумулятора або самого кардіостимулятора.
Оскільки скорочення серцевого м'яза можна розглядати як джерело енергії, інженери давно працюють над створенням електрокардіостимуляторів, здатних обходитися без акумулятора. Наприклад, для цього вже використовували п'єзоелектричні генератори і зовнішнє джерело живлення. Однак поки такі розробки не проходили повноцінних випробувань на тваринах, під час яких кардіостимулятор отримував харчування від такого генератора.
Група вчених під керівництвом Хао Чжана (Hao Zhang) з Другого військово-медичного університету Китаю вперше провела випробування, під час яких імплантований п'єзоелектричний генератор живив електрокардіостимулятор всередині живого організму. Генератор має розмір близько трьох сантиметрів і в профіль нагадує сильно стислу цифру 8. Оскільки каркас генератора складається з упругого поліетилентерефталату, така форма дозволяє генератору стискатися і повертати свою форму після цього. З обох боків каркаса генератора закріплені композитні п'єзоелектричні смужки з двох сполук на основі свинцю. Ці смужки оточені плівками хрому і золота, які виступають як електроди. Принцип роботи генератора заснований на тому, що при деформації п'єзоелектричний шар виробляє електрику, причому це відбувається і під час стиснення і під час повернення вихідної форми.
Після створення прототипів автори досліджували їхні властивості спочатку в лабораторних умовах (), а потім і всередині тварини (). Для лабораторних випробувань інженери створили спрощену модель, що імітує періодичні стиснення серцевого м'яза. Вона складається з невеликої ємності з водою, на дні якої закріплений генератор. На нього періодично тисне поршень зі стискаючим полімерним наконечником, що імітує тканину на зовнішній поверхні серця. За допомогою такої моделі автори протестували загальну працездатність конструкції генератора, а також з'ясували, що при підключенні двох п'єзоелектричних шарів за паралельною схемою потужність зростає в більш ніж два рази порівняно з послідовним підключенням і становить 33 мікровати.
Головна частина роботи - випробування, проведені на Йоркширській свині. Вчені закріпили на серці свині генератор, підключили його до випрямлювача струму, який у свою чергу був підключений до електрокардіостимулятора з витягнутим акумулятором. Під час роботи електрокардіостимулятор був налаштований на 80 скорочень на хвилину і зумів підтримувати аналогічну частоту скорочення серцевого м'яза, хоча без його застосування частота пульсу свині становила 60-70 скорочень на хвилину. Крім того, висновок про успішну роботу кардіостимулятора автори роботи зробили, проаналізувавши параметри комплексу QRS (типові «зубці», що спостерігаються на електрокардіограмі під час кожного циклу серцевих скорочень).
Нещодавно американські інженери розробили і випробували іншу конструкцію п'єзоелектричного генератора для живлення електрокардіостимуляторів. Вони запропонували закріплювати генератор не на серці, а на електроді, що відходить від кардіостимулятора. На думку дослідників, це знизить навантаження на серце порівняно зі схемою, використаною групою Чжана та іншими вченими.