Сверхтонкий минимально инвазивный кардиостимулятор
Группа американских ученых из Чикагского университета разработала беспроводное устройство, работающее от света, которое можно имплантировать для регулирования сердечно-сосудистой или нервной деятельности в организме. Оно представляет собой легкую мембрану, которая тоньше человеческого волоса и может быть вставлена с помощью минимально инвазивной хирургии. Устройство не содержит движущихся частей.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, показывают, что новая технология может помочь уменьшить осложнения при операциях на сердце и открыть новые возможности для будущих устройств.
Ученые уже много лет разрабатывают устройства, которые могут использовать технологию, схожую с солнечными батареями, для стимуляции организма. Фотовольтаика привлекательна для этой цели тем, что не имеет движущихся частей или проводов, которые могут сломаться или стать мешающими, что особенно полезно при работе с такими деликатными тканями, как сердце. А вместо батареи ученые просто имплантируют рядом крошечное оптическое волокно, чтобы обеспечить питание.
Но для достижения наилучших результатов ученым пришлось подстроить систему под биологические цели, а это несколько отличается от того, как устроены солнечные батареи.
Например, распространенная сердечная терапия известна как сердечная ресинхронизирующая терапия, при которой различные части сердца приводятся в синхронное состояние с помощью точно рассчитанных по времени зарядов. В современных методах лечения это достигается с помощью проводов, что может иметь свои осложнения.
Разработчики задались целью создать фотоэлектрический материал, который активировался бы только в том месте, куда попадает свет.
В конечном итоге они остановились на двух слоях кремниевого материала, известного как P-тип, который реагирует на свет, создавая электрический заряд. Верхний слой имеет множество крошечных отверстий — так называемую нанопористость, — которые улучшают электрические характеристики и концентрируют заряд, не позволяя ему распространяться.
В результате получилась миниатюрная гибкая мембрана, которую можно ввести в организм через крошечную трубку вместе с оптическим волокном с помощью минимально инвазивной операции. Оптическое волокно светится в точном соответствии с рисунком, который мембрана улавливает и превращает в электрические импульсы.
Толщина мембраны составляет всего один микрометр — примерно в 100 раз меньше тончайшего человеческого волоса, а ее площадь составляет несколько квадратных сантиметров. Вес мембраны составляет менее одной пятидесятой грамма, что значительно меньше, чем у современных кардиостимуляторов, которые весят не менее пяти граммов.
Хотя первые испытания пока проводились только с сердечной тканью, ученые говорят, что этот же подход можно использовать и для нейромодуляции. Например, стимулировать нервы при двигательных расстройствах, таких как болезнь Паркинсона, или лечить хроническую боль и другие заболевания.
