09.01.2017
Идея применения солнечных элементов, размещенных под кожей человека, для постоянной подзарядки имплантированных электронных медицинских устройств, в наши дни совершенно реальна. Это подтвердили швейцарские ученые, которые произвели необходимые расчеты, и обнаружили, что солнечный элемент площадью лишь 3,6 кв. см. – это все, что необходимо, чтобы снабжать электроэнергией, и зимой, и летом, стандартный кардиостимулятор.
Это исследование – первое, которое обеспечило получение реальных данных о потенциале применения солнечных батарей для питания таких приборов, как кардиостимуляторы и стимуляторы мозга.
По словам Лукаса Беройтера, ведущего специалиста клиники Бернского Университета в Швейцарии, возможность носить генерирующие энергию солнечные батареи под кожей в один прекрасный день гарантированно спасет тысячи пациентов от того дискомфорта, который возникает из-за необходимости постоянно проходить процедуру замены батарей для стимуляторов. Результаты этого исследования приведены в журнале Annals of Biomedical Engineering.
Большинство электронных имплантатов в настоящее время питаются именно от батарей, и их параметры определяются объемом требуемой батареи, работающей в течение длительного срока. Когда потенциал в таких батареях исчерпан, их нужно либо перезаряжать, либо заменять на новые.
Это означает, что пациенты вынуждены проходить процедуру замены имплантата на новый. Данная процедура является, по сути, операционным вмешательством, достаточно дорогостоящим и небезопасным, несущим риск различных осложнений.
Сразу несколько исследовательских групп за последние годы предложили применять для решения этой проблемы совсем небольшие электронные солнечные батареи. Их можно будет имплантировать под кожу, и постоянно применять для подзарядки медицинских приборов. Эти солнечные батареи будут преобразовывать свет от солнца, который проникает сквозь кожу, в необходимую стимулятору энергию.
Для того, чтобы исследовать реальные возможности таких миниатюрных генераторов энергии, Лукас Беройтер и его коллеги специально разработали особые солнечные измерительные приборы. С их помощью можно измерить потенциальную мощность таких батарей.
Минимальные размеры солнечных модулей (их площадь - 3,6 квадратных сантиметров) – это как раз то, что делает возможность их имплантации под кожу реальностью.
В процессе проводимых исследований каждое устройство (всего их было использовано десять) было освещено оптическим прибором, сквозь специальный фильтр, с целью имитации реальной ситуации с солнечным светом. Это дало возможность понять, насколько хорошо солнечный свет проникает сквозь кожу. 32 добровольца из Швейцарии носили подобные устройства на руках, в течение одной недели, летом, осенью и зимой.
Независимо от времени года миниатюрные солнечные модули продолжали генерировать энергию, в объемах даже больших, чем те 5-10 микроватт мощности, которые необходимы для стандартного кардиостимулятора. Элемент даже с минимальной мощностью постоянно производил в среднем около 12 мкВт.
Беройтер отметил, что «Полученной средней мощности батарей достаточно, чтобы полностью снабжать энергией, к примеру, кардиостимуляторы, либо же существенно продлить срок службы этого, либо любого другого активного имплантата. При использовании энергии подобных солнечные батарей для питания имплантата, можно вообще избежать замены устройства. При этом размер самой батареи может быть значительно уменьшен".
Лукас Беройтер полагает, что полученные результаты исследования могут быть успешно применены также в любой другой сфере. При этом необходимо будет учитывать такие факторы, как площадь солнечной батареи, ее мощность и толщина кожи пациента.