Новый биоразлагаемый кардиостимулятор, размер которого сопоставим с рисовым зернышком, обладает толщиной 1 мм, шириной 1,8 мм и длиной 3,5 мм, однако обеспечивает электрическую стимуляцию на уровне стандартных пейсмекеров. Это устройство способно значительно упростить лечение сердечных заболеваний, особенно у новорожденных с пороками сердца.
Полностью рассасываемое устройство работает на основе инфракрасного света, который активирует встроенный переключатель. Два металлических электрода взаимодействуют с биожидкостями для генерации электрического тока, а гальваническая ячейка преобразует химическую энергию в электрическую, заменяя традиционные источники питания и радио-связь.
Приблизительно 1% новорожденных рождаются с пороками сердца, требующими временной кардиостимуляции примерно на семь дней для самовосстановления работы органа. В условиях ограниченного доступа к современной медицине даже временная имплантация пейсмекера может обернуться фатальными осложнениями, тогда как традиционные методы установки у взрослых связаны с хирургическими рисками, инфекциями, повреждением тканей и образованиями тромбов.
Эту разработку возглавили экспериментальный кардиолог Игорь Ефимов и пионер в области биоэлектроники Джон Роджерс из Университета Северо-Западного. Исследование было опубликовано 2 апреля в научном журнале Nature и стало продолжением инноваций, представленных в 2021 году, когда команда университета продемонстрировала биорассасываемый временный пейсмекер без громоздких батарей и проводов.
Первоначальное устройство отличалось тонкостью, гибкостью и полной рассасываемостью, но его миниатюризацию ограничивала приемная антенна, использовавшая протоколы ближнего поля. Новейшая разработка преодолела это препятствие, заменив радиосвязь инфракрасной передачей данных от носимого устройства, которое излучает короткие импульсы света, проникающие сквозь кожу и кости.
Инфракрасный свет, способный проходить через ткани, активирует переключатель пейсмекера, а два металлических электрода в сочетании с гальванической ячейкой обеспечивают полноценную электрическую стимуляцию сердца. Возможность неинвазивной имплантации через шприц существенно снижает риск хирургических травм, инфекций и других осложнений.
Ученые представляют перспективы использования нескольких миниатюрных пейсмекеров, которые могут работать синхронно, управляемые определенными длинами волн для коррекции ритма сердца. Данная технология имеет потенциал для интеграции в другие медицинские устройства, такие как имплантаты для замены сердечных клапанов, системы контроля боли и инструменты для восстановления нервной или костной ткани.
Игорь Ефимов заявил: «Вот именно так погиб Нил Армстронг. Ему был установлен временный кардиостимулятор после операции на сердце, а при удалении проводов произошло внутреннее кровотечение. Инфракрасный свет очень хорошо проникает через тело. Если приложить фонарик к ладони, можно увидеть, как свет пробивается сквозь нее. Оказывается, наш организм – превосходный проводник света. Наша основная мотивация — дети. Теперь мы можем поместить этот крошечный пейсмекер на сердце ребенка и стимулировать его с помощью мягкого, неинвазивного носимого устройства.» Джон Роджерс добавил: «Наш первоначальный пейсмекер работал отлично – он был тонким, гибким и полностью рассасываемым, но размер приемной антенны ограничивал возможности миниатюризации. Мы разработали, насколько нам известно, самый маленький в мире кардиостимулятор.»
Изображение носит иллюстративный характер
Полностью рассасываемое устройство работает на основе инфракрасного света, который активирует встроенный переключатель. Два металлических электрода взаимодействуют с биожидкостями для генерации электрического тока, а гальваническая ячейка преобразует химическую энергию в электрическую, заменяя традиционные источники питания и радио-связь.
Приблизительно 1% новорожденных рождаются с пороками сердца, требующими временной кардиостимуляции примерно на семь дней для самовосстановления работы органа. В условиях ограниченного доступа к современной медицине даже временная имплантация пейсмекера может обернуться фатальными осложнениями, тогда как традиционные методы установки у взрослых связаны с хирургическими рисками, инфекциями, повреждением тканей и образованиями тромбов.
Эту разработку возглавили экспериментальный кардиолог Игорь Ефимов и пионер в области биоэлектроники Джон Роджерс из Университета Северо-Западного. Исследование было опубликовано 2 апреля в научном журнале Nature и стало продолжением инноваций, представленных в 2021 году, когда команда университета продемонстрировала биорассасываемый временный пейсмекер без громоздких батарей и проводов.
Первоначальное устройство отличалось тонкостью, гибкостью и полной рассасываемостью, но его миниатюризацию ограничивала приемная антенна, использовавшая протоколы ближнего поля. Новейшая разработка преодолела это препятствие, заменив радиосвязь инфракрасной передачей данных от носимого устройства, которое излучает короткие импульсы света, проникающие сквозь кожу и кости.
Инфракрасный свет, способный проходить через ткани, активирует переключатель пейсмекера, а два металлических электрода в сочетании с гальванической ячейкой обеспечивают полноценную электрическую стимуляцию сердца. Возможность неинвазивной имплантации через шприц существенно снижает риск хирургических травм, инфекций и других осложнений.
Ученые представляют перспективы использования нескольких миниатюрных пейсмекеров, которые могут работать синхронно, управляемые определенными длинами волн для коррекции ритма сердца. Данная технология имеет потенциал для интеграции в другие медицинские устройства, такие как имплантаты для замены сердечных клапанов, системы контроля боли и инструменты для восстановления нервной или костной ткани.
Игорь Ефимов заявил: «Вот именно так погиб Нил Армстронг. Ему был установлен временный кардиостимулятор после операции на сердце, а при удалении проводов произошло внутреннее кровотечение. Инфракрасный свет очень хорошо проникает через тело. Если приложить фонарик к ладони, можно увидеть, как свет пробивается сквозь нее. Оказывается, наш организм – превосходный проводник света. Наша основная мотивация — дети. Теперь мы можем поместить этот крошечный пейсмекер на сердце ребенка и стимулировать его с помощью мягкого, неинвазивного носимого устройства.» Джон Роджерс добавил: «Наш первоначальный пейсмекер работал отлично – он был тонким, гибким и полностью рассасываемым, но размер приемной антенны ограничивал возможности миниатюризации. Мы разработали, насколько нам известно, самый маленький в мире кардиостимулятор.»