(PhysOrg.com) -- Pacemakers och andra implanterade medicinska apparater kräver elektrisk ström för att fungera. Att byta batteri kräver ytterligare en operation, vilket är en extra stress för patienten. Ett japanskt team under ledning av Eijiro Miyako vid National Institute of Advanced Industrial Science and Technology har nu introducerat ett alternativt tillvägagångssätt i tidskriften Angewandte Chemie :en implanterbar omvandlare som enkelt kan bestrålas med laserljus genom huden.
Bioelektroniska enheter hjälper många patienter att leva längre och uppleva en bättre livskvalitet. Pacemaker är inte de enda elektroniska implantaten som används idag; det finns även "smärtpacemakers" som lindrar svår kronisk smärta. Dessa är neurostimulatorer som skickar elektriska impulser direkt till ryggmärgen för att blockera signalvägen som överför smärta till hjärnan. Ett annat exempel är den implanterbara läkemedelspumpen, som kan rikta smärtstillande medel nära ryggmärgen eller ge insulin till diabetiker.
Sådana elektroniska implantat drivs vanligtvis av litiumbatterier som håller högst tio år. Batteriet måste då bytas i en annan operation. En uppladdningsbar version är därför önskvärd. Olika alternativ finns för närvarande tillgängliga, såsom elektriska celler som drivs av glukos i kroppen, eller muskeldrivna dynamos. Nackdelen är att produktionen av ström inte kan kontrolleras. Andra tillvägagångssätt fungerar genom generering av elektromagnetisk ström, men detta kan störa elektroniska enheter i närheten.
Det japanska laget har nu utvecklat ett intressant alternativ, en anordning som levererar ström vid bestrålning med laser. I hjärtat av systemet finns mycket finfördelade kolnanorör inbäddade i en kiselmatris. Dessa absorberar laserljus och omvandlar ljusenergin mycket effektivt till värme. Denna värmeenergi omvandlas i sin tur till elektrisk ström av den lilla enheten. Detta fungerar genom Seebeck-effekten:i en elektrisk krets gjord av två olika ledare – i detta fall ett speciellt arrangemang av halvledarmaterial – resulterar en temperaturskillnad mellan kontakterna i en liten spänning. Endast den sida av enheten som är belagd med nanorörskompositen av kisel/kol som blir bestrålad värms upp, som ger den erforderliga temperaturskillnaden. Eftersom kolnanorören absorberar mycket väl i en rad våglängder som kan passera genom vävnad, enheten, som inte behöver vara större än en halv centimeters kub, kan implanteras under huden. Enkel bestrålning bör sedan tillåta den att generera tillräckligt med spänning för att ladda batteriet i en pacemaker eller annan enhet.
Forskarna arbetar nu med att göra energiomvandlingen av enheten ännu mer effektiv och att öka dess säkerhet för medicinska tillämpningar.
