Имплантируемые медицинские устройства, такие как слуховые аппараты или кардиостимуляторы, имеют огромное значение. Чтобы протезы работали стабильно их нужно поддерживать заряженными, для чего могут потребоваться неудобные внешние источники питания или повторные операции с проникновением в организм для замены разряженных батарей. До сих пор эти устройства получают питание от обычных батарей. Такие элементы питания содержат токсичные химические вещества, которые не совсем подходят для человеческого организма.
Как найти способ поддерживать постоянную работу медицинских имплантатов внутри тела — это довольно застарелая проблема, но за последние несколько лет было предложено не одно решение. Например, система от Массачусетского технологического института (MIT), которая питает импланты радиоволнами, система от ученых из Стэнфорда, которая использует другие типы электромагнитных волн для подзарядки, или специальные электрокардиостимуляторы, которые используют жидкости организма в качестве топлива.
Ученые из Саудовской Аравии выдвигают потенциальное решение этой проблемы: их крошечный имплант эластичен и его можно подзаряжать через кожу ультразвуком.
Фото: newatlas.com
Последний прорыв в этой области произошел от ученых из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST). Их система основана на новом типе биосовместимого гидрогеля, в составе которого содержится много воды. Вода позволяет ему безопасно растягиваться и изгибаться вместе с телом, а также проводить электричество.
По новому рецепту гидрогеля команда ученых смешала поливиниловый спирт с крошечными кусочками неорганического вещества MXene, представляющего собой двумерный лист карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов.
Впервые описанные в 2011 году, MXenes сочетают в себе металлическую проводимость карбидов переходных металлов и гидрофильную природу благодаря их гидроксильным или кислородным концевым поверхностям. Ранее MXene уже использовался при разработке других перспективных технологий, включая искусственные мышцы для роботов и аккумуляторные компоненты следующего поколения.
Фото: nnovationessence.com
Команда обнаружила, что смешивание MXene с их гидрогелем преобразуется в материал, который они называют «M-Gel». Он может генерировать электрический ток под давлением, что заставляет электрические ионы проходить через воду внутри.
Когда это давление создается с помощью ультразвука, получается эффект, известный как потоковый ток вибрации. Команда уже пронаблюдала его эффективность с помощью ряда экспериментов. Ученые установили устройство на глубине нескольких сантиметров в кусок говядины и попробовали воздействовать на него различными средствами быстрой зарядки аккумуляторов, что обычно применяют в лабораториях. Имплант удалось зарядить, но до экспериментов с людьми разработка пока не дошла.
Эта технология может проложить путь к новому поколению удобных кардиостимуляторов и других микроимплантатов, которые смогут производить постоянный мониторинг жизненно важных органов и их функций. Их меньший размер также сделает операцию более безопасной.