(PhysOrg.com) -- Pacemakers en andere geïmplanteerde medische apparaten hebben elektrische stroom nodig om te werken. Het vervangen van de batterij vereist een extra handeling, wat een extra belasting voor de patiënt is. Een Japans team onder leiding van Eijiro Miyako van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology heeft nu een alternatieve benadering geïntroduceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie :een implanteerbare converter die eenvoudig met laserlicht door de huid kan worden bestraald.

Bio-elektronische apparaten helpen veel patiënten om langer te leven en een betere kwaliteit van leven te ervaren. Pacemakers zijn niet de enige elektronische implantaten die tegenwoordig worden gebruikt; er zijn ook "pijnpacemakers" die ernstige chronische pijn verlichten. Dit zijn neurostimulatoren die elektrische impulsen rechtstreeks naar het ruggenmerg sturen om de signaalroute te blokkeren die pijn naar de hersenen doorgeeft. Een ander voorbeeld is de implanteerbare medicijnpomp, die pijnstillers in de buurt van het ruggenmerg kunnen sturen of insuline voor diabetici kunnen leveren.

Dergelijke elektronische implantaten worden meestal gevoed door lithiumbatterijen die maximaal tien jaar meegaan. De batterij moet dan in een andere handeling worden vervangen. Een oplaadbare versie is dus wenselijk. Er zijn momenteel verschillende alternatieven beschikbaar, zoals elektrische cellen die worden aangedreven door glucose in het lichaam, of door spieren aangedreven dynamo's. Het nadeel is dat de productie van stroom niet kan worden gecontroleerd. Andere benaderingen werken door middel van elektromagnetische stroomopwekking, maar dit kan elektronische apparaten in de buurt storen.

Het Japanse team heeft nu een interessant alternatief ontwikkeld, een apparaat dat stroom levert bij bestraling met een laser. In het hart van het systeem zijn zeer fijn verdeelde koolstofnanobuisjes ingebed in een siliciummatrix. Deze absorberen laserlicht en zetten de lichtenergie zeer effectief om in warmte. Deze warmte-energie wordt op zijn beurt door het kleine apparaatje omgezet in elektrische stroom. Dit werkt via het Seebeck-effect:in een elektrisch circuit gemaakt van twee verschillende geleiders - in dit geval een speciale opstelling van halfgeleidermaterialen - resulteert een temperatuurverschil tussen de contacten in een kleine spanning. Alleen de zijkant van het apparaat die is gecoat met de silicium/koolstof nanobuiscomposiet die wordt bestraald, warmt op, die zorgt voor het vereiste temperatuurverschil. Omdat de koolstofnanobuisjes zeer goed absorberen in een reeks golflengten die door weefsel kunnen gaan, het apparaat, die niet groter hoeft te zijn dan een kubus van een halve centimeter, kan onder de huid worden geïmplanteerd. Eenvoudige bestraling zou het dan in staat moeten stellen voldoende spanning te genereren om de batterij van een pacemaker of ander apparaat op te laden.

De onderzoekers werken nu aan het nog efficiënter maken van de energieconversie van het apparaat en het vergroten van de veiligheid voor medische toepassingen.