Имплантаты, которые регулируют электрическую активность в мозге, использовались для лечения симптомов Паркинсона в течение десятилетий. Новая конструкция может значительно улучшить качество жизни с этими устройствами, так как использует встроенные трибоэлектрические генераторы для преобразования дыхательных движений пользователя в электричество.
Глубокая стимуляция мозга включает в себя имплантацию крошечных проводов в целевые области мозга для доставки мягких электрических импульсов для коррекции аномальной электрической активности в органе. Метод был одобрен для лечения тремора Паркинсона в 1997 году, и кроме того, учёные адаптировали его для лечения депрессии и импульсивного поведения.
Около 150 000 пациентов получают эти имплантаты каждый год, причем устройство помещается под кожу грудной клетки, а провода доходят до мозга. В их нынешнем виде устройства работают на батареях, которые нуждаются в замене каждые два-три года, и каждый раз для их замены требуется хирургическая процедура.
Исследователи из Университета Коннектикута применили трибоэлектрический эффект- когда определённые материалы становятся электрически заряженными, в процессе трения друг о друга, наподобие воздушного шара о волосы.
Команда учёных разработало устройство глубокой стимуляции мозга, которое может собирать этот тип энергии с помощью дыхательных движений человека. Имплантат состоит из слоёв трибоэлектрических материалов, которые генерируют электричество от трения. Это электричество заряжает биосовместимый суперконденсатор, который, в свою очередь, питает глубокий стимулятор мозга.
«Мы создали наш трибоэлектрический наногенератор, используя новые наноматериалы, которые производят значительную выработку энергии, когда они вступают в контакт друг с другом, - достаточно энергии для запуска глубокого стимулятора мозга», - говорит автор исследования Эсраа Эльсанадиди.
Устройство было проверено на смоделированной «свинье», состоявшей из свиного лёгкого, которое можно было надувать и сдувать с помощью насоса - имитация вдоха и выдоха.
«Это первая система, которая объединяет все части: эффективный сбор и хранение энергии и контролируемый стимулятор мозга, - сказал член команды Ислам Моса. - Мы продемонстрировали, что наш самодостаточный глубокий стимулятор мозга может периодически стимулировать мозговую ткань, чередуя периоды стимуляции и периоды отсутствия стимуляции, что является эффективным подходом глубокой стимуляции мозга для лечения психиатрических состояний».
Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science.
Читайте также: