Российские ученые разрабатывают кардиостимулятор без батареек

Специалисты из НИЦ «Курчатовский институт» разрабатывают метод получения электричества из глюкозы, которая содержится в крови человека. Это необходимо для создания кардиостимуляторов, которым не нужны батарейки для работы. Таким образом, пациентам с автономными устройствами не нужно будет периодически подвергаться хирургическому вмешательству. Мощность глюкозной электростанции весьма невелика — всего 15-40 микроватт, но этого вполне достаточно для современного кардиостимулятора.

«Электроэнергия генерируется за счет прямого химического преобразования. В кровоток внедряется биотопливный элемент. Это система с двумя электродами, на одном из них или на обоих расположены биокатализаторы. При этом на аноде происходит разложение органических соединений (в данном случае глюкозы), в результате чего образуются свободные электроны. Они по цепи движутся к катоду. А положительно заряженные атомы водорода через расположенную между электродами специальную мембрану (она проницаема практически только для них) направляются к катоду, где и получают утерянные электроны. Затем они вступают в реакцию с кислородом, образуя обычную воду», — заявил замруководителя отдела биотехнологий и биоэнергетики комплекса НБИКС-технологий НИЦ «Курчатовский институт» Павел Готовцев.

Технологию отрабатывают в лабораторных условиях на модели некоторых частей кровеносной системы человека. В такой фрагмент внедряется устройство и затем ученые проверяют его работу. Размер миниатюрной электростанции составляет 5 см, как и говорилось выше, устройство выдает мощность 15-40 микроватт. По словам специалистов, человек не будет ощущать дискомфорта от присутствия в его теле такого устройства.

Изготавливаются они из биосовместимых материалов, которые не дают отторжения. Расчет специалистов идет на то, чтобы генератор и кардиостимулятор оставались в теле человека до конца жизни. В дальнейшем, если текущая система покажет себя хорошо, на основе этой технологии будут изготавливаться и другие устройства, которым нужно постоянное энергоснабжение.

Впереди у стимулятора и генератора — испытания на животных. Затем, если все пройдет хорошо, система начнёт проходить клинические испытания, на что потребуется около 10 лет. По мнению других специалистов, знакомых с этим проектом, он весьма перспективный. «Это сверхинтересная тематика. Создание такой технологии — голубая мечта всех кардиохирургов. Это позволит избежать лишних хирургических вмешательств. Однако до сих пор все ученые сталкивались с одной проблемой: получается достаточно слабый ток. Нужно либо повышать его мощность, либо снижать потребление электроэнергии кардиостимулятором. В этих двух направлениях сейчас и идут исследования во всем мире», — сообщил директор Института персонализированной медицины и профессор кафедры профилактической и неотложной кардиологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Филипп Копылов.

Ряд ученых считает, что такого рода стимуляторы могут быть и опасными, поскольку уровень глюкозы в крови человека меняется, и если он будет слишком низким, кардиостимулятор может просто перестать работать. Поэтому гаджет необходимо оснащать батарейкой в качестве резервного источника питания.

У кардиостимуляторов есть и другой аспект — возможность взлома. Так, многие устройства, в которых есть управление при помощи радиочастот, могут быть взломаны. И управляющий модуль, который взаимодействует с самим стимулятором, никак не защищен. Многие производители просто не встраивают никакой системы идентификации типа «свой-чужой». В теории, злоумышленник может воспользоваться аналогичной системой для того, чтобы повлиять на работу приемника, расположенного около сердечной мышцы жертвы.

Отсутствие защиты в кардиостимуляторах критикуется с 2013 года, а то и раньше. Тем не менее, производители этих устройств продолжают выпускать ничем не защищенные системы, которые могут быть использованы технически подготовленным злоумышленником в любой момент.

Специалисты из НИЦ «Курчатовский институт» разрабатывают метод получения электричества из глюкозы, которая содержится в крови человека. Это необходимо для создания кардиостимуляторов, которым не нужны батарейки для работы. Таким образом, пациентам с автономными устройствами не нужно будет периодически подвергаться хирургическому вмешательству. Мощность глюкозной электростанции весьма невелика — всего 15-40 микроватт, но этого вполне достаточно для современного кардиостимулятора.

«Электроэнергия генерируется за счет прямого химического преобразования. В кровоток внедряется биотопливный элемент. Это система с двумя электродами, на одном из них или на обоих расположены биокатализаторы. При этом на аноде происходит разложение органических соединений (в данном случае глюкозы), в результате чего образуются свободные электроны. Они по цепи движутся к катоду. А положительно заряженные атомы водорода через расположенную между электродами специальную мембрану (она проницаема практически только для них) направляются к катоду, где и получают утерянные электроны. Затем они вступают в реакцию с кислородом, образуя обычную воду», — заявил замруководителя отдела биотехнологий и биоэнергетики комплекса НБИКС-технологий НИЦ «Курчатовский институт» Павел Готовцев.

Технологию отрабатывают в лабораторных условиях на модели некоторых частей кровеносной системы человека. В такой фрагмент внедряется устройство и затем ученые проверяют его работу. Размер миниатюрной электростанции составляет 5 см, как и говорилось выше, устройство выдает мощность 15-40 микроватт. По словам специалистов, человек не будет ощущать дискомфорта от присутствия в его теле такого устройства.

Изготавливаются они из биосовместимых материалов, которые не дают отторжения. Расчет специалистов идет на то, чтобы генератор и кардиостимулятор оставались в теле человека до конца жизни. В дальнейшем, если текущая система покажет себя хорошо, на основе этой технологии будут изготавливаться и другие устройства, которым нужно постоянное энергоснабжение.

Впереди у стимулятора и генератора — испытания на животных. Затем, если все пройдет хорошо, система начнёт проходить клинические испытания, на что потребуется около 10 лет. По мнению других специалистов, знакомых с этим проектом, он весьма перспективный. «Это сверхинтересная тематика. Создание такой технологии — голубая мечта всех кардиохирургов. Это позволит избежать лишних хирургических вмешательств. Однако до сих пор все ученые сталкивались с одной проблемой: получается достаточно слабый ток. Нужно либо повышать его мощность, либо снижать потребление электроэнергии кардиостимулятором. В этих двух направлениях сейчас и идут исследования во всем мире», — сообщил директор Института персонализированной медицины и профессор кафедры профилактической и неотложной кардиологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Филипп Копылов.

Ряд ученых считает, что такого рода стимуляторы могут быть и опасными, поскольку уровень глюкозы в крови человека меняется, и если он будет слишком низким, кардиостимулятор может просто перестать работать. Поэтому гаджет необходимо оснащать батарейкой в качестве резервного источника питания.

У кардиостимуляторов есть и другой аспект — возможность взлома. Так, многие устройства, в которых есть управление при помощи радиочастот, могут быть взломаны. И управляющий модуль, который взаимодействует с самим стимулятором, никак не защищен. Многие производители просто не встраивают никакой системы идентификации типа «свой-чужой». В теории, злоумышленник может воспользоваться аналогичной системой для того, чтобы повлиять на работу приемника, расположенного около сердечной мышцы жертвы.

Отсутствие защиты в кардиостимуляторах критикуется с 2013 года, а то и раньше. Тем не менее, производители этих устройств продолжают выпускать ничем не защищенные системы, которые могут быть использованы технически подготовленным злоумышленником в любой момент.