Hjärtats rörelse är så kraftfull att den kan ladda enheter som räddar våra liv, enligt ny forskning från Dartmouth College.

Med hjälp av en uppfinning på storleken som utvecklats av ingenjörer vid Thayer School of Engineering i Dartmouth, hjärtats kinetiska energi kan omvandlas till elektricitet för att driva ett brett spektrum av implanterbara enheter, enligt studien finansierad av National Institutes of Health.

Miljontals människor är beroende av pacemakers, defibrillatorer och andra livräddande implanterbara enheter som drivs av batterier som behöver bytas ut vart femte till tionde år. Dessa ersättningar kräver operation som kan vara kostsam och skapa möjlighet till komplikationer och infektioner.

"Vi försöker lösa det ultimata problemet för alla implanterbara biomedicinska enheter, säger Dartmouth ingenjörsprofessor John X.J. Zhang, en ledande forskare på studien som hans team genomförde tillsammans med läkare vid University of Texas i San Antonio. "Hur skapar du en effektiv energikälla så att enheten kommer att göra sitt jobb under patientens hela livslängd, utan att behöva opereras för att byta batteriet?"

"Av lika viktigt är att enheten inte stör kroppens funktion, ", tillägger Dartmouth forskarassistent Lin Dong, första författare på tidningen. "Vi visste att det måste vara biokompatibelt, lättvikt, flexibel, och låg profil, så den passar inte bara in i den nuvarande pacemakerstrukturen utan är också skalbar för framtida multifunktionalitet."

Teamets arbete föreslår modifiering av pacemakers för att utnyttja den kinetiska energin hos ledningstråden som är fäst vid hjärtat, omvandla den till elektricitet för att kontinuerligt ladda batterierna. Det tillsatta materialet är en typ av tunn polymer piezoelektrisk film som kallas "PVDF" och, när den är utformad med porösa strukturer – antingen en rad små spännbalkar eller en flexibel konsol – kan den omvandla även små mekaniska rörelser till elektricitet. En extra fördel:samma moduler skulle potentiellt kunna användas som sensorer för att möjliggöra datainsamling för realtidsövervakning av patienter.

Resultaten av den treåriga studien, avslutat av Dartmouths ingenjörsforskare tillsammans med läkare vid UT Health San Antonio, publicerades precis i omslagsberättelsen för Avancerad materialteknik .

De två återstående åren av NIH-finansiering plus tid att slutföra den prekliniska processen och erhålla myndighetsgodkännande försätter en självladdande pacemaker cirka fem år från kommersialisering, enligt Zhang.

"Vi har slutfört den första omgången av djurstudier med fantastiska resultat som kommer att publiceras snart, " säger Zhang. "Det finns redan ett stort intresse från de stora medicinteknikföretagen, och Andrew Closson, en av studiens författare som arbetar med Lin Dong och en teknisk Ph.D. Innovation Program student vid Dartmouth, lär sig affärs- och tekniköverföringsfärdigheter för att vara en kohort för att gå vidare med entreprenörsfasen av detta arbete."