Южнокорейские инженеры разработали и испытали имплантируемое устройство, способное вырабатывать энергию с помощью ультразвука, испускаемого внешним источником. Ультразвук возбуждает колебания трибоэлеткрического генератора и обеспечивает выработку электрического тока на уровне 0,15 миллиампер, а его мощности достаточно для питания электрокардиостимулятора, рассказывают авторы статьи в Science. Разработчики провели успешные испытания устройства на модели, состоящей из тканей свиньи.
Имплантируемые устройства, такие как электрокардиостимуляторы, имеют много преимуществ перед внешним медицинским оборудованием. Вместе с этим они имеют и заметный недостаток, связанный со сроком работы аккумулятора. В случае с электрокардиостимуляторами обычно его хватает на несколько лет работы, после чего приходится проводить повторную операцию и заменять аппарат. Поскольку операции несут в себе потенциальную опасность, инженеры и ученые разрабатывают альтернативные способы снабжать имплантируемые устройства энергией, например, питать их от сокращения сердечной мышцы.
Инженеры под руководством Кима Сан У (Sang-Woo Kim) из Университета Сонгюнгван создали электрогенератор для имплантируемых устройств, вырабатывающий электричество из ультразвуковых колебаний, источник которых может находиться за пределами организма. Устройство имеет квадратную форму с шириной стороны четыре сантиметра. В его основе лежит трибоэлектрический генератор, преобразующий кинетическую энергию в электрический ток с помощью трибоэлектрического эффекта и электростатической индукции. Он состоит из тонкой перфторалкосиловой пленки толщиной 50 микрометров, медно-золотого рабочего электрода и медного контрольного электрода. Кроме того, в устройстве установлена плата управления и литий-ионный аккумулятор.
Принцип действия генератора основан на том, что ультразвук с частотой 20 килогерц вызывает большие и многомодовые колебания пленки. Во время колебаний пленка соприкасается с рабочим электродом, из-за чего на ней концентрируются отрицательные заряды, а на рабочем электроде положительные. Из-за этого между ним и контрольным электродом возникает разница потенциалов. При удалении пленки от рабочего электрода возникает обратный процесс и вырабатывается ток обратной величины.
Инженеры проверили работу генератора в разных модельных условиях, в том числе в тканях свиньи. Они располагали генераторы на глубине от пяти до десяти миллиметров от поверхности кожи, к которой прислоняли ультразвуковой излучатель. На глубине пять миллиметров генератор вырабатывал электричество с силой тока до 156 микроампер и напряжением до 2,4 вольта. На глубине сантиметр параметры снижались до 98 микроампер и 1,9 вольт. При этом авторы отмечают, что мощность выработки генератора составляет почти сто микроватт, чего достаточно для питания многих имплантируемых электрокардиостимуляторов и нейростимуляторов.
В 2016 году американские инженеры создали и испытали на крысах имплантируемые датчики, которые собирают данные о работе мышц. Они тоже получали энергию от внешнего источника ультразвука, однако использовали для этого пьезоэлектрический генератор.
Григорий Копиев
Они же могут быть ответственны за смерть герцога
Польские, итальянские, американские и австралийские ученые изучали портреты герцога Тосканского Фердинандо II Медичи, чтобы выяснить, какими дерматологическими заболеваниями он мог страдать. Сначала они исследовали портреты герцога в возрасте 16 лет, написанные с разницей в несколько дней в октябре 1626 года, на которых хорошо видны симптомы натуральной оспы — пятна на коже переходят в папуло-везикулезные высыпания. На поздних портретах, где герцог изображен в юношестве и более зрелом возрасте, ученые не нашли у него шрамов от оспенных высыпаний, однако отметили потерю волос в боковых третях бровей. И хотя в подростковом возрасте эти места на лице были активно поражены оспой, из-за распространенного покраснения в области скул ученые предположили, что виной этому могут быть розовые угри, или розацеа. Исследование опубликовано в Journal of European Academy of Dermatology and Venereology. Розовые угри возникают на лице из-за изменения тонуса поверхностных артерий кожи лица и проявляются покраснением, отеком, заметным расширением мелких и поверхностных сосудов кожи лица, папулами и пустулами. Кроме того, розацеа может быть причиной потери бровей и облысения, которое наблюдается на последнем портрете герцога. Согласно документам Фердинандо II Медичи умер от инсульта, и хотя на последнем портрете у него видны симптомы избыточного веса или даже ожирения, ученые обращают внимание на тот факт, что розовые угри связаны с риском развития сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому стоит дополнительно изучить роль этого хронического заболевания в смерти этого дворянина.