Разработан имплантат для глубокой стимуляции мозга, заряжающийся от дыхания

Имплантаты, которые регулируют электрическую активность в мозге, использовались для лечения симптомов Паркинсона в течение десятилетий. Новая конструкция может значительно улучшить качество жизни с этими устройствами, так как использует встроенные трибоэлектрические генераторы для преобразования дыхательных движений пользователя в электричество.

Глубокая стимуляция мозга включает в себя имплантацию крошечных проводов в целевые области мозга для доставки мягких электрических импульсов для коррекции аномальной электрической активности в органе. Метод был одобрен для лечения тремора Паркинсона в 1997 году, и кроме того, учёные адаптировали его для лечения депрессии и импульсивного поведения.

Около 150 000 пациентов получают эти имплантаты каждый год, причем устройство помещается под кожу грудной клетки, а провода доходят до мозга. В их нынешнем виде устройства работают на батареях, которые нуждаются в замене каждые два-три года, и каждый раз для их замены требуется хирургическая процедура.

Исследователи из Университета Коннектикута применили трибоэлектрический эффект- когда определённые материалы становятся электрически заряженными, в процессе трения друг о друга, наподобие воздушного шара о волосы.

Команда учёных разработала устройство глубокой стимуляции мозга, которое может собирать этот тип энергии с помощью дыхательных движений человека. Имплантат состоит из слоёв трибоэлектрических материалов, которые генерируют электричество от трения. Это электричество заряжает биосовместимый суперконденсатор, который, в свою очередь, питает глубокий стимулятор мозга.

«Мы создали наш трибоэлектрический наногенератор, используя новые наноматериалы, которые производят значительную выработку энергии, когда они вступают в контакт друг с другом, -достаточно энергии для запуска глубокого стимулятора мозга», — говорит автор исследования Эсраа Эльсанадиди.

Устройство было проверено на свинье: оно состояло из свиного лёгкого, которое можно было надувать и сдувать с помощью насоса, как это было бы во время вдоха и выдоха. Это движение вызывало трение между трибоэлектрическими материалами и выработкой электроэнергии, и стимулятор смог использовать её для создания 60 электрических импульсов в секунду. Затем они использовались для стимуляции мозговой ткани мыши ex vivo.

«Это первая система, которая объединяет все части; эффективный сбор энергии, хранение энергии и контролируемый стимулятор мозга», - сказал член команды Ислам Моса. «Мы продемонстрировали, что наш самодостаточный глубокий стимулятор мозга может периодически стимулировать мозговую ткань, чередуя периоды стимуляции и периоды отсутствия стимуляции, что является эффективным подходом глубокой стимуляции мозга для лечения психиатрических состояний».

Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science.