De beweging van het hart is zo krachtig dat het apparaten kan opladen die ons leven redden, volgens nieuw onderzoek van Dartmouth College.

Met behulp van een uitvinding ter grootte van een dubbeltje, ontwikkeld door ingenieurs van de Thayer School of Engineering in Dartmouth, de kinetische energie van het hart kan worden omgezet in elektriciteit om een ​​breed scala aan implanteerbare apparaten van stroom te voorzien, volgens de studie gefinancierd door de National Institutes of Health.

Miljoenen mensen vertrouwen op pacemakers, defibrillators en andere levensreddende implanteerbare apparaten die worden aangedreven door batterijen die om de vijf tot tien jaar moeten worden vervangen. Die vervangingen vereisen een operatie die kostbaar kan zijn en de mogelijkheid van complicaties en infecties kan veroorzaken.

"We proberen het ultieme probleem voor elk implanteerbaar biomedisch apparaat op te lossen, " zegt Dartmouth engineering professor John X.J. Zhang, een hoofdonderzoeker van de studie die zijn team samen met clinici aan de Universiteit van Texas in San Antonio voltooide. "Hoe creëer je een effectieve energiebron zodat het apparaat zijn werk doet gedurende de hele levensduur van de patiënt, zonder dat er een operatie nodig is om de batterij te vervangen?"

"Van even groot belang is dat het apparaat de functie van het lichaam niet verstoort, ", voegt Dartmouth-onderzoeksmedewerker Lin Dong toe, eerste auteur op papier. "We wisten dat het biocompatibel moest zijn, lichtgewicht, flexibel, en laag profiel, dus het past niet alleen in de huidige pacemakerstructuur, maar is ook schaalbaar voor toekomstige multifunctionaliteit."

Het werk van het team stelt voor om pacemakers aan te passen om de kinetische energie van de geleidingsdraad die aan het hart is bevestigd te benutten, omzetten in elektriciteit om de batterijen continu op te laden. Het toegevoegde materiaal is een soort dunne polymeer piëzo-elektrische film genaamd "PVDF" en, wanneer ontworpen met poreuze structuren - ofwel een reeks kleine gespbalken of een flexibele cantilever - kan het zelfs kleine mechanische bewegingen omzetten in elektriciteit. Een bijkomend voordeel:dezelfde modules kunnen mogelijk worden gebruikt als sensoren om gegevensverzameling mogelijk te maken voor realtime monitoring van patiënten.

De resultaten van de driejarige studie, voltooid door Dartmouth's technische onderzoekers samen met clinici van UT Health San Antonio, zijn net gepubliceerd in het omslagverhaal voor Geavanceerde materiaaltechnologieën .

De twee resterende jaren van NIH-financiering plus tijd om het preklinische proces af te ronden en goedkeuring van de regelgevende instanties te verkrijgen, brengen een zelfopladende pacemaker ongeveer vijf jaar uit de commercialisering, volgens Zhang.

"We hebben de eerste ronde van dierstudies afgerond met geweldige resultaten die binnenkort zullen worden gepubliceerd, ", zegt Zhang. "Er is al veel belangstelling van de grote medische technologiebedrijven, en Andrew Closson, een van de auteurs van de studie die samenwerkt met Lin Dong en een technische Ph.D. Student Innovation Program aan Dartmouth, leert de vaardigheden op het gebied van zakelijke en technologieoverdracht om een ​​cohort te zijn om vooruit te komen met de ondernemersfase van deze inspanning."