Учёные разработали эластичную сетку, которая вырабатывает электроэнергию за счёт сокращений клеток сердца

Исследователи из Массачусетского университета создали сверхтонкую гибкую электронную сетку, которая превращает механические сокращения живых клеток человеческого сердца в электрическую энергию. В основе устройства — множество миниатюрных пьезоэлектрических генераторов, вырабатывающих заряд при деформации. В лабораторных тестах система показала более чем десятикратное превосходство по эффективной плотности собираемой энергии над классическими конструкциями с одиночными генераторами.

Главная особенность разработки в том, что генераторы распределены по гибкой сетке, внутрь которой способны прорастать живые клетки. Чтобы получить такую структуру, учёные изготовили тонкие ленты из цирконата-титаната свинца (PZT) и закрепили их в полимерной основе с открытой архитектурой. Затем на сетке вырастили клетки человеческой сердечной мышцы. По мере развития клетки проникали вглубь материала, а при каждом сокращении деформировали встроенные элементы, которые и генерировали электричество.

Традиционные пьезоэлектрические сборщики энергии обычно фиксируют на поверхности ткани. Их механические характеристики нередко не совпадают со свойствами мягких биологических структур, а площадь контакта с тканью остаётся сравнительно небольшой. В новой конструкции генераторы размещены по всему объёму сетки, благодаря чему взаимодействуют с клетками во множестве точек и не теряют гибкости при движении ткани. По оценке авторов, подобный подход способен повысить биосовместимость электронных устройств: он снижает механическое несоответствие между имплантом и окружающими тканями.

Технология нацелена на одну из острых проблем медицинской электроники: батареи делают устройства крупнее и жёстче, а ещё требуют подзарядки или замены. Для импланта смена аккумулятора может обернуться повторной операцией, а значит — дополнительными рисками и затратами. Разработчики видят потенциал сетки в кардиостимуляторах, системах наблюдения за сердцем, нейростимуляторах и прочих маломощных устройствах. Увеличить выработку энергии предлагается за счёт нескольких слоёв сетки, уложенных друг на друга без заметного роста габаритов.

Пока устройство проверяли исключительно на сердечной ткани, выращенной в лаборатории. Учёные не показали ни его работу в живом организме, ни способность самостоятельно питать действующий медицинский имплант. Предстоит также оценить долговечность конструкции, реальную электрическую мощность и безопасность длительного контакта с тканями: керамика PZT содержит свинец, и его потребуется надёжно изолировать от организма. Поэтому сейчас речь идёт лишь об экспериментальной технологии сбора энергии.

Источник: iXBT