Heartbeat Powered Pacemakers kann mit Batterien wegmachen

Operationen zur Erneuerung von Herzschrittmacherbatterien könnten eines Tages der Vergangenheit angehören. Ein Forscherteam der University of Michigan hat ein Gerät entwickelt, das Herzschrittmacher aus Herzschlagschwingungen versorgt.
Das Gerät sammelt Energie aus diesen Schwingungen und wandelt sie in Elektrizität um. Die elektrischen Signale werden dann an das Herz übertragen, um es in einem gesunden Rhythmus zu schlagen und einen implantierten Defibrillator oder Schrittmacher mit Energie zu versorgen. Die einzige Möglichkeit, Batterien zu ersetzen, die 5 bis 10 Jahre alt sind, sind derzeit wiederholte Operationen.
Die Studie mit dem Titel "Herzschrittmacher aus Herzschlagschwingungen mit linearen und nichtlinearen Energiegewinnern antreiben" ist in der aktuellen Printausgabe von Angewandte Physik Briefe.
Amin Karami, eine Forschungsfolge in der U-M-Abteilung für Luft- und Raumfahrttechnik, erklärte:

"Die Idee ist, Umgebungsvibrationen zu verwenden, die normalerweise verschwendet werden und sie in elektrische Energie umwandeln. Wenn Sie Ihre Hand auf Ihr Herz legen, können Sie diese Vibrationen überall auf Ihrem Körper spüren."

Obwohl das Team noch keinen Prototyp gebaut hat, haben sie detaillierte Pläne erstellt und Simulationen durchgeführt, die zeigten, dass die Idee funktionieren würde. Laut den Forschern würden Herzschlagschwingungen im Wesentlichen von einer dünnen (hundertstel Zoll) Scheibe eines speziellen "piezoelektrischen" Keramikmaterials erfasst werden. Als Reaktion auf das Auffangen würden sich die Vibrationen kurz ausdehnen. Piezoelektrisches Material wandelt mechanische Spannung (die sie ausdehnen lässt) in eine elektrische Spannung um.
Die Keramikschicht wurde von Karami und seinem Kollegen Daniel Inman, dem Lehrstuhl für Luft- und Raumfahrttechnik bei U-M, präzise in eine Form gebracht, die Schwingungen über einen weiten Frequenzbereich hinweg aufnehmen kann. Zusätzlich fügte das Team Magnete hinzu, da ihr zusätzliches Kraftfeld das elektrische Signal, das durch die Vibrationen erzeugt wird, signifikant erhöhen kann.
Laut Karami könnten diese Mini-medizinischen Geräte 10 Mikrowatt Leistung erzeugen, etwa das Achtfache der Menge, die benötigt wird, um einen Schrittmacher zu betreiben. Die Forscher betonen, dass das Gerät immer mehr Energie produziert, als der Schrittmacher benötigt, und dass es unterhalb und oberhalb des normalen Herzfrequenzbereichs (7 bis 700 Schläge pro Minute) gut funktioniert.

Das Team entwarf das Gerät ursprünglich für leichte unbemannte Flugzeuge, um aus Flügelschwingungen Energie zu erzeugen.
Das Nationale Institut für Standards und Technologie und das Institut für kritische Technologie und angewandte Wissenschaft an der Virginia Tech finanzierten die Studie.
Geschrieben von Grace Rattue