Трибоэлектрический эффект позволит создать имплантаты, которые не нуждаются в замене батарей. Устройства будут питаться электричеством, возникающим в генераторе из-за трения при обычном дыхании.
©The University of California
Мозговые имплантаты используют для помощи пациентам, страдающим болезнью Паркинсона. Они позволяют корректировать аномальную активность нервных клеток с помощью слабых электрических импульсов. Ежегодно такие устройства устанавливают сотням тысяч больных, а в будущем их станет еще больше: экспериментальные имплантаты показывают неплохие результаты и при других нарушениях работы мозга.
Однако их энергопотребление достаточно велико, и встроенных аккумуляторов хватает лишь на два-три года работы. После этого срока операцию приходится проводить заново лишь затем, чтобы заменить батарею. Неудивительно, что ученые и медики ищут альтернативные варианты обеспечения имплантатов, работающих в мозге. Недавно такой концепт представила команда из Университета штата Коннектикут (США). Статья опубликована в журнале Cell Reports Physical Sciences.
Джеймс Раслинг (James Rusling) и его коллеги опирались на трибоэлектрический эффект — возникновение в материале зарядов из-за трения о другой материал. Явление известно благодаря многим популярным экспериментам, включая электризацию воздушного шарика при трении о волосы. Аналогично работает наногенератор, который используется в новом устройстве. При этом движение для фрикционного контакта он получает благодаря естественным движениям при дыхании.
Работающий наногенератор накапливает заряд на ионисторе — электрохимическом конденсаторе, который, в свою очередь, питает работу имплантата. «Мы постарались сделать все совместимым с существующими технологиями, — объяснила Эсра Элсанадиди (Esraa Elsanadidy), одна из авторов работы. — Теоретически, если у кого-то уже установлен мозговой стимулятор, его батарею можно просто заменить на этот генератор без имплантации нового устройства».
В самом деле, если электроды подобных имплантатов уходят глубоко в мозг, то управляющая электроника и батарея обычно размещаются под кожей, в виде отдельного блока, сравнительно доступного для хирургов. Подобную систему с новым генератором ученые испытали in vivo, имплантировав устройство свинье. Операция прошла успешно, и трибоэлектрический эффект позволил питать имитатор мозгового имплантата: тот выдавал 60 электрических импульсов в секунду, как это требуется для коррекции при болезни Паркинсона.
