Ein lichtbetriebener Herzschrittmacher macht Batterien überflüssig und ermöglicht eine natürlichere Funktion des Herzens

Durch die Nutzung des Lichts, meine Kollegen und ich hat einen drahtlosen, ultradünnen Herzschrittmacher entwickelt, der wie ein Solarpanel funktioniert. Dieses Design macht nicht nur Batterien überflüssig, sondern minimiert auch Störungen der natürlichen Funktion des Herzens, indem es sich an seine Konturen anpasst. Unsere Forschung, kürzlich veröffentlicht in der Zeitschrift Naturebietet einen neuen Ansatz für Behandlungen, die eine elektrische Stimulation erfordern, beispielsweise die Herzstimulation.

Herzschrittmacher sind medizinische Geräte in den Körper implantiert, um den Herzrhythmus zu regulieren. Sie bestehen aus elektronischen Schaltkreisen mit Batterien und Leitungen, die am Herzmuskel verankert sind, um ihn zu stimulieren. Allerdings können Elektroden versagen und Gewebe schädigen. Die Position der Elektroden kann nach der Implantation nicht mehr geändert werden, wodurch der Zugang zu verschiedenen Herzregionen eingeschränkt wird. Da Herzschrittmacher starre Metallelektroden verwenden, können sie beim Tragen auch Gewebe schädigen Neustart des Herzens nach der Operation oder Regulierung von Arrhythmien.

Unser Team stellte sich einen leitungslosen und flexibleren Herzschrittmacher vor, der mehrere Bereiche des Herzens präzise stimulieren könnte. Also haben wir ein Gerät entwickelt, das wandelt Licht in Bioelektrizität umoder von Herzzellen erzeugte elektrische Signale. Unser Herzschrittmacher ist dünner als ein menschliches Haar und besteht aus einer optischen Faser und einer Silikonmembran Tian-Labor und Kollegen an der University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering haben Jahre damit verbracht, sich zu entwickeln.

Dieser Herzschrittmacher wird wie Sonnenkollektoren mit Licht betrieben.

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nicht wie herkömmliche Solarzellen die normalerweise darauf ausgelegt sind, so viel Energie wie möglich zu sammeln, haben wir unser Gerät so optimiert, dass es nur dort Strom erzeugt, wo Licht auftrifft, damit es den Herzschlag präzise regulieren kann. Wir haben dies erreicht, indem wir eine Schicht aus sehr kleinen Poren verwendet haben, die Licht und elektrischen Strom einfangen können. Es werden nur die Herzmuskeln stimuliert, die lichtaktivierten Poren ausgesetzt sind.

Da unser Gerät so klein und leicht ist, kann es implantiert werden, ohne den Brustkorb zu öffnen. Es ist uns gelungen erfolgreich implantieren im Herzen von Nagetieren und einem erwachsenen Schwein, wo es die Schläge verschiedener Herzmuskeln stimuliert. Weil Schweineherzen Obwohl sie anatomisch dem menschlichen Herzen ähneln, zeigt diese Errungenschaft das Potenzial unseres Geräts, auf Menschen übertragen zu werden.

Warum es wichtig ist

Herzkrankheit ist die weltweit häufigste Todesursache. Jährlich, über 2 Millionen Menschen sich einer Operation am offenen Herzen unterziehen, um Herzprobleme zu behandeln, einschließlich Implantatgeräte die den Herzrhythmus regulieren und Herzinfarkten vorbeugen.

Unser ultraleichtes Gerät passt sich sanft der Oberfläche des Herzens an und ermöglicht so eine weniger invasive Stimulation sowie eine verbesserte Stimulation und synchronisierte Kontraktion. Um das postoperative Trauma und die Erholungszeit zu verkürzen, kann unser Gerät mit einer minimalinvasiven Technik implantiert werden.

Was noch nicht bekannt ist

Derzeit wird unsere Technologie am besten zuerst bei dringenden Herzerkrankungen eingesetzt, einschließlich der Wiederinbetriebnahme des Herzens nach einer Operation, einem Herzinfarkt und einer ventrikulären Defibrillation. Wir erforschen weiterhin seine langfristigen Auswirkungen und seine Haltbarkeit im menschlichen Körper.

Die innere Umgebung des Körpers ist reich an Flüssigkeit die durch die ständige mechanische Bewegung des Herzens gestört werden. Dies könnte im Laufe der Zeit möglicherweise die Funktionalität des Geräts beeinträchtigen.

Darüber hinaus verstehen die Forscher nicht vollständig, wie der Körper auf eine längere Exposition gegenüber medizinischen Geräten reagiert. Die Formation der Narbengewebe Umgebung des Geräts nach der Implantation kann seine Empfindlichkeit verringern. Wir entwickeln spezielle Oberflächenbehandlungen und Biomaterialbeschichtungen, um die Wahrscheinlichkeit von Ausschuss zu verringern.

Obwohl der Abbau unseres Geräts zu einer ungiftigen Substanz führt, die der Körper sicher aufnehmen kann, heißt es KieselsäureUm Sicherheit und Wirksamkeit zu gewährleisten, ist es wichtig zu beurteilen, wie der Körper auf eine längere Implantation reagiert.

Was kommt als nächstes

Um eine langfristige Implantation zu erreichen und das Gerät an jeden Patienten anzupassen, verfeinern wir die Geschwindigkeit, mit der es sich auf natürliche Weise im Körper auflöst. Wir prüfen derzeit Verbesserungen, um das Gerät als tragbaren Herzschrittmacher kompatibel zu machen. Dabei wird eine kabellose Leuchtdiode (LED) unter die Haut integriert, die über eine Glasfaser mit dem Gerät verbunden ist.

Unser oberstes Ziel ist es, den Anwendungsbereich dessen, was wir Photoelektrozeutika nennen, über die Herzbehandlung hinaus zu erweitern. Das beinhaltet NeurostimulationNeuroprothesen und Schmerztherapie zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen wie z Parkinson-Krankheit.

Der Forschungsbericht ist ein kurzer Einblick in interessante wissenschaftliche Arbeiten.

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Pengju Li ist ein Ph.D. Kandidat für Molekulartechnik an der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago. Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einem Creative Commons License. Lies das originaler Artikel.