Уральские учёные создали инновационные пленки для кардиостимуляторов

Эти плёнки заряжаются при механическом и тепловом воздействии и высоко-совместимы с человеческим организмом. Перспективы — использование пленок в кардиостимуляторах, находящихся внутри организма человека и сокращение числа хирургических вмешательств. Рассказываем, как были сделаны эти плёнки.

Барикардия и люди-киборги

Сегодня от брадикардии страдают более 3 миллионов людей. При этой болезни сердечный ритм замедляется до менее чем 60 ударов в минуту у взрослых, и менее 100-60 ударов у детей и подростков. Это несёт большую опасность для организма: тело и мозг не получают достаточного притока крови имогут возникнуть обморочные состояния, которые способны привести к внезапной остановке сердца.

При тяжелых состояниях людям имплантируют кардиостимуляторы: кежегодно хирурги осуществляют порядка 600 тысяч операций. Кардиостимулятор помогает управлять ритмом сердца и редко отвергается человеческим организмом, так как наружную часть устройства, как правило, изготовляют из титана или специального сплава, который не вступает в реакции с нашим телом.

Только представьте — каждый год в мире 600 000 людей, в какой-то степени, превращается в киборгов: биологических организмов, содержащих небиологические — машинные — компоненты. В этом есть что-то из фантастики: люди живут и работают с куском металла внутри, рядом с одним из самых важных органов нашего организма!

Однако кардиостимулятор нельзя просто поставить и забыть о нём: когда его батарея истощается, приходится проводить замену, при этом человек проходит через повторное хирургическое вмешательство в свой организм.

Но решение проблем найдено! Учёные из Уральского федерального университета изобрели кристаллические плёнки высокими пьезоэлектрическими свойствами: благодаря этому они создают электрический ток при механическом и тепловом воздействии. Эту их способность ученые планируют применять при сборке частей для кардиостимуляторов и других инвазивных приборов (т.е. тех, что работают внутри человека).

Как работает и как изобретено?

Когда сердце будет биться, плёнки будут создавать ток, который будет собираться в батареях кардиостимуляторов. А устройства аккумуляции энергии из таких материалов или на их основе способны устранить сложности замены разрядившихся батарей и уменьшить потребность людей в операциях.

Исследование, благодаря которому удалось получить эти плёнки, выполнено благодаря финансированию и в рамках программы «Приоритет-2030». Нашим учёным также оказывали помощь научные сотрудники Авейрусского университета, Португалия.

Как рассказал Денис Аликин, заведующий лабораторией функциональных наноматериалов и наноустройств НИИ физики и прикладной математики УрФУ, плёнки были синтезированы из d-фенилалалина.

Справка

d-фенилалалин – вид фенилаланина. Это — одна из двадцати аминокислот, которые есть в нашем организме. Он входит в состав белков и играет значительную роль для функционирования нашего тела.

Материалы из этого вещества будут меньше отторгаться нашим организмом. Это очень важно при создании как инвазивных, так и неинвазивных устройств. Например, если сделать из него датчики, то они вызовут гораздо меньше раздражения, чем датчики, сделанные из других материалов.

Однако синтез плёнок проходил не без сложностей. Обычный способ получения d-фенилалалина — это кристаллизация в водном растворе. Но в растворе его строение получается трубчатым. А ученым было жизненно важно создать плёнки с плоской структурой, поскольку для элементов микроэлектроники нужна гладкая поверхность для нанесения электродов.

И исследователям удалось создать такую поверхность: они синтезировали d-фенилаланин методом кристаллизации из аморфной фазы под воздействием водяного пара. Это абсолютно новый метод, который ранее никто не предлагал!

Что же до того, как применение этих плёнок покажет себя на практике — узнаем в скором будущем.

Автор: Виктория Беляева