Próxima generación: capturar la energía del cuerpo
Recolector de energía mecánica montado en el corazón bovinoUNIVERSIDAD DE ILLINOIS Y UNVERSIDAD DE ARIZONAEl dispositivo: John Rogers, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y sus colegas han construido dispositivos flexibles de recolección de energía que pueden convertir el movimiento de partes del cuerpo, como el corazón y los pulmones, en energía capturada por una batería que podría usarse para alimentar dispositivos implantables como marcapasos. Los dispositivos, que se describen en un artículo publicado hoy (20 de enero) en PNAS, están construidos con finas cintas de titanato de zirconato de plomo (PZT) rodeadas de plástico flexible y biocompatible, con un rectificador integrado y batería recargable. batería.
“El corazón es un excelente lugar para recolectar energía mecánica porque está en constante movimiento. Sin embargo, uno de los desafíos con el corazón es que cualquier restricción que se aplique a su movimiento natural al pegar un dispositivo en su superficie puede causar todo…
Los investigadores cultivaron células de músculo liso de rata en el corazón. dispositivos para asegurarse de que no fueran tóxicos y midieron la flexibilidad durante 20 millones de ciclos de pruebas mecánicas. Demostraron que doblar y desdoblar el dispositivo generaba suficiente energía para cargar una batería de 3,8 voltios. El equipo adjuntó los dispositivos in vivo a los corazones, diafragmas y pulmones de vacas, ovejas y cerdos mediante suturas, y determinó que el dispositivo no interrumpía el movimiento de estos órganos y podía convertirse en voltaje cuando las cavidades torácicas estaban a la vez abierto y cerrado. In vivo, los dispositivos generaron suficiente energía para alimentar un marcapasos humano.
Novedades: La innovación de este documento es tomar lo que se ha hecho a pequeña escala e integrarlo a una escala mucho más significativa, explicó Michael McAlpine, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Princeton, que no participó en la investigación. Agregó que integrar una batería para almacenar energía y mostrar la efectividad de la recolección de energía de múltiples órganos también son pasos importantes de esta investigación.
Importancia: Un marcapasos funciona con una batería y está instalado en tu cuerpo. Cada vez que la batería se agota, en realidad tienen que abrir el pecho para reemplazar el marcapasos por completo, dijo McAlpine. Si hubiera alguna manera de que pudieras. . . recolectar energía del movimiento [del órgano], tal vez podría prolongar la vida útil de la batería o incluso reemplazar la batería por completo.
Amin Karami, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en SUNY Buffalo que no participó en el trabajo, dijo que las aplicaciones de un dispositivo de recolección de energía podrían extenderse más allá de los marcapasos a cualquier dispositivo médico implantable, incluidos los estimuladores cerebrales profundos y los desfibriladores cardíacos.
Necesita mejorar: Aunque el el uso exitoso de dispositivos de recolección de energía en modelos animales a escala humana representa un gran paso adelante, el uso clínico probablemente todavía esté dentro de varios años.
El dispositivo podría procesar una gran cantidad de energía, dijo Karami, pero hay margen de mejora . Señaló que la deformación mecánica cuando el dispositivo se dobla tiene la posibilidad de generar más energía. Karami también planteó la cuestión del apego in vivo. Es un poco intrusivo porque tienen que coser algo al corazón, explicó.
Y los expertos están de acuerdo en que, aunque el PZT en este dispositivo está bien encapsulado por plástico biocompatible, el plomo aún podría presentar una preocupación. . Si hay una fuga, entonces está colocando un material venenoso justo al lado del corazón, dijo Karami.
McAlpine dijo que usar un material diferente podría ayudar a aliviar las preocupaciones sobre la bioincompatibilidad de los cables. Algunos de los piezoeléctricos de próxima generación que están saliendo se acercan a la eficiencia de PZT, pero no contienen plomo, dijo.
Sabemos que podemos generar energía a un nivel práctico. Sabemos que estas cosas pueden funcionar en un corazón modelo animal a escala humana sin ningún problema, dijo Rogers, pero las evaluaciones hasta este momento no han involucrado estudios a largo plazo. Agregó que probar la longevidad de los dispositivos y su integración con el corazón podría revelar cualquier deficiencia. No creo que veamos problemas, pero tienes que pasar por ese proceso para averiguarlo.
C. Dagdeviren et al., Recolección y almacenamiento de energía piezoeléctrica conforme a partir de los movimientos del corazón, los pulmones y el diafragma, PNAS, doi/10.1073/pnas.1317233111, 2014.
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