С ростом популярности медицинских имплантов по всему миру всё больше внимания уделяется их долговечности и безопасности для пациентов. Приборы вроде кардиостимуляторов, нейростимуляторов и систем доставки лекарств становятся всё более распространёнными благодаря увеличению числа пожилых людей, распространённости хронических заболеваний и травм.
Однако такие устройства имеют важный недостаток — необходимость регулярной замены батареи, что требует повторных хирургических вмешательств. Эти операции сопряжены с рисками и неудобствами для пациента, поэтому учёные активно ищут способы безопасной подзарядки устройств без необходимости оперативного вмешательства.
Теперь, возможно, найдено эффективное решение.
Ультразвуковая подзарядка без операций
Профессор Чан Джинхо и его команда из Института науки и технологий Тэгу-Кёнбук (DGIST, Южная Корея) разработали систему беспроводной зарядки, основанную на использовании ультразвука. Эта технология позволяет безопасно и эффективно заряжать батареи медицинских имплантов без хирургического вмешательства.
Созданный учёными двухслойный приёмник улавливает ультразвуковые волны и преобразует их в электричество. Первый слой отвечает за основную генерацию энергии, а второй — за сбор остаточных волн, прошедших через первый слой. Совместная работа двух слоёв обеспечивает эффективность на 20% выше по сравнению с традиционными аналогами.
Перед созданием устройства исследователи использовали компьютерное моделирование для оптимизации конструкции, а затем объединили оба слоя в единую электрическую цепь для увеличения выходной мощности.
Результаты испытаний и эффективность
Испытания в лабораторных условиях показали, что в водной среде устройство выдает плотность мощности 497,47 мВт/см² и общую мощность 732,27 мВт — этого достаточно, чтобы полностью зарядить аккумулятор ёмкостью 140 мАч за 1,7 часа.
Чтобы проверить работоспособность в условиях, приближенных к реальным, устройство тестировали с использованием 30-миллиметрового слоя свиной ткани — имитации человеческого тела. Даже при такой толщине уловитель обеспечивал мощность в 312,34 мВт.
В рамках двух ключевых экспериментов исследователи:
- Зарядили батарею на 140 мАч за 1 час 40 минут в водной среде на расстоянии 30 мм;
- Зарядили батарею на 60 мАч за 1 час 20 минут через свиную ткань той же толщины.
Обе демонстрации продемонстрировали удвоенную мощность по сравнению с ранее известными ультразвуковыми зарядными системами и считаются мировыми достижениями в этой области.
Профессор Чан отметил, что их технология эффективно использует ультразвуковую энергию, ранее недооценённую в сфере зарядки имплантов. В будущем команда планирует усовершенствовать систему, внедрив более эффективные полупроводниковые компоненты и сократив время зарядки до одного часа.
Если технология будет успешно коммерциализирована, она может избавить пациентов от повторных операций по замене батарей, а также откроет путь к созданию более миниатюрных, интеллектуальных и долговечных медицинских устройств.
Результаты исследования опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectronics.
