Un gruppo di ricerca dell’University of Wisconsin-Madison ha sviluppato un pacemaker senza fili capace di ricavare energia direttamente dal battito cardiaco. La tecnologia, ancora in fase sperimentale, potrebbe ridurre la necessità di sostituire periodicamente la batteria e offrire, in prospettiva, un dispositivo utilizzabile per tutta la vita.
pacemaker senza fili alimentato dal battito cardiaco
Il nuovo sistema si basa su un generatore triboelettrico nanometrico, progettato per trasformare i movimenti del cuore in energia elettrica. Il dispositivo è stato ideato dal ricercatore post-dottorato Pengfei Chen, sotto la supervisione del professor Xudong Wang, docente di scienza e ingegneria dei materiali.
durata delle batterie e limiti dei pacemaker tradizionali
I pacemaker attualmente più diffusi appartengono a due categorie principali. I modelli transvenosi collocano la batteria vicino alla clavicola e collegano il dispositivo al cuore attraverso un cavo inserito in una vena. I pacemaker senza fili, invece, vengono posizionati direttamente all’interno del cuore, con l’obiettivo di ridurre il rischio di alcune complicazioni.
Entrambe le tipologie presentano una durata della batteria generalmente compresa tra sette e dieci anni. Nei dispositivi transvenosi è possibile intervenire chirurgicamente per sostituire la batteria. La rimozione di un pacemaker senza fili impiantato nel cuore è più complessa: in molti casi, il nuovo apparecchio deve essere collocato accanto a quello precedente. Per i pazienti più giovani, questo può comportare ripetuti interventi chirurgici nel corso della vita.
come funziona il generatore triboelettrico
Il generatore sfrutta le vibrazioni prodotte dal cuore durante le fasi di contrazione e rilassamento. Questi movimenti fanno avvicinare e allontanare una coppia di elettrodi con cariche opposte, generando elettricità. L’energia può essere utilizzata immediatamente per alimentare il pacemaker oppure conservata in un piccolo condensatore per un impiego successivo.
Le dimensioni del componente sono state studiate per adattarsi al vano batteria del pacemaker senza fili Medtronic Micra, uno dei modelli presenti sul mercato. In questo modo, l’inserimento del generatore non dovrebbe aumentare il volume complessivo dell’apparecchio.
I test di laboratorio hanno rilevato una densità di potenza pari a 276,6 microwatt per centimetro cubo. Il valore risulta circa dieci volte superiore a quello ottenuto dai precedenti generatori triboelettrici dello stesso tipo ed è stato considerato sufficiente per sostenere il funzionamento del pacemaker.
test sugli animali e risultati iniziali
Il dispositivo è stato impiantato nel cuore di alcuni maiali per un periodo di un mese. Durante la sperimentazione, il pacemaker ha stimolato con regolarità il battito cardiaco e non sono stati osservati effetti collaterali aggiuntivi. La sicurezza è risultata paragonabile a quella dei pacemaker alimentati da batterie tradizionali.
La quantità di energia prodotta all’interno del cuore è stata però inferiore rispetto ai dati ottenuti in laboratorio. I tessuti molli riducono l’ampiezza delle vibrazioni e i movimenti cardiaci sono più complessi e variabili rispetto a un movimento verticale uniforme. Le attività successive si concentreranno quindi sulla conversione più efficace dei movimenti irregolari del cuore in energia stabile.
sviluppo futuro e applicazione clinica
Secondo Xudong Wang, la struttura del dispositivo è relativamente semplice, presenta costi di produzione contenuti e possiede una meccanica resistente. In linea teorica, il sistema potrebbe funzionare per tutta la vita del paziente. Per raggiungere questo obiettivo, sarà necessario garantire la resistenza a decine o centinaia di milioni di vibrazioni, mantenendo allo stesso tempo un adeguato equilibrio tra solidità e flessibilità.
La tecnologia è stata registrata presso la Wisconsin Alumni Research Foundation. Prima di un eventuale impiego clinico e della commercializzazione saranno necessari ancora diversi anni di sviluppo e verifica.
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