ضربان‌ساز فوق نازکی که با نور کار می‌کند

پژوهشگران دانشگاه شیکاگو یک ضربان‌ساز فوق نازک ساخته‌اند که می‌تواند با جراحی کم‌تهاجمی درون بدن کاشته شود و با استفاده از نور به عنوان منبع انرژی کار کند.

به نقل از آی‌ای، چنین دستگاهی می‌تواند به کاهش عوارض ناشی از جراحی قلب کمک کند و مسیر آینده استفاده از ضربان‌ساز‌ها را هموار کند.

ضربان‌ساز‌ها دستگاه‌های کوچکی هستند که از تکانه‌های الکتریکی برای رفع بی‌نظمی در ضربان قلب استفاده می‌کنند. برآورد‌ها نشان می‌دهد که بیش از سه میلیون کاربر ضربان‌ساز تنها در ایالات متحده وجود دارد.

به طور معمول، باتری ضربان‌ساز ۷ سال دوام می‌آورد و پس از آن بیمار نیاز به انجام عمل دیگری برای تعویض آن دارد.

اتصال ضربان‌ساز به یک باتری خارجی به سیم‌هایی نیاز دارد که از قلب به خارج از بدن امتداد دارند که نه تنها باعث ناراحتی و آزار بیمار می‌شود، بلکه برای سلامتی نیز خطر آفرین است؛ بنابراین پژوهشگران سعی کرده‌اند روی جایگزین‌های بهتری برای ضربان‌ساز‌ها کار کنند.

اکنون پژوهشگران دانشگاه شیکاگو یک ضربان‌ساز ابداع کرده‌اند که با نور کار می‌کند و نیازی به باتری ندارد.

الهام از سلول‌های خورشیدی

این تیم تحقیقاتی به سرپرستی بوژی تیان استاد گروه شیمی دانشگاه شیکاگو، علاقه عمیقی به فناوری سلول‌های خورشیدی یا فتوولتائیک و نحوه تغییر کاربری آن برای استفاده در بدن دارند.

پژوهشگران این آزمایشگاه از این جهت با فتوولتائیک‌ها کار می‌کنند که قطعات متحرک یا سیمی ندارند که به طور بالقوه خراب شوند و به بافت‌های حساس بدن مانند قلب انسان آسیب برسانند.

با این حال، یک ضربان‌ساز نمی‌تواند از همان سیستمی که در سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شود، بهره‌برداری کند.

قرار بود در این دستگاه به جای تلاش برای جمع‌آوری هرچه بیشتر انرژی، نور به یک نقطه از آن تابیده شود تا آن را فعال کند.

این اصل در روش درمانی همگام‌سازی مجدد قلب استفاده می‌شود، جایی که قسمت‌های مختلف قلب با ارسال بار‌های الکتریکی دقیق زمان‌بندی شده دوباره همگام می‌شوند. این کار معمولا با استفاده از سیم‌های الکتریکی محقق شده است، اما اکنون این تیم می‌خواهد این کار را با استفاده از نور انجام دهد.

طراحی ضربان‌ساز با انرژی نور

پژوهشگران برای انجام این کار از دو لایه سیلیکونی نوع P استفاده کردند که در هنگام تابش نور، بار الکتریکی ایجاد می‌کنند. لایه بالایی این سیلیکون دارای حفره‌های متعددی است که به بهبود عملکرد الکتریکی سلول و تمرکز بار الکتریکی کمک می‌کند.

این دو لایه به یک غشای انعطاف‌پذیر تبدیل شدند که یک میکرومتر ضخامت دارد (۱۰۰ برابر کوچک‌تر از موی انسان) و وزن آن یک پنجاهم گرم است، در حال که ضربان‌ساز‌های معمولی حداقل پنج گرم وزن دارند.

چنین ضربان‌ساز کوچکی را می‌توان با استفاده از یک لوله کوچک و یک فیبر نوری نصب کرد. این جراحی کم‌تهاجمی یک جراحی معمولی است که امروزه جراحان بسیاری انجام می‌دهند. در صورت نیاز، فیبر نوری می‌تواند با الگو‌های دقیق روشن شود و به بار‌های الکتریکی برای تنظیم قلب تبدیل شود.

طراحی فعلی این ضربان‌ساز برای استفاده موقت در نظر گرفته شده است. در نهایت با گذشت زمان، این دستگاه به ترکیبی به نام اسید سیلیسیک تجزیه می‌شود که غیرسمی است و از بدن خارج می‌شود.

پژوهشگران برای کاربرد‌های طولانی‌تر می‌توانند دستگاه‌هایی را مهندسی کنند که عمر طولانی‌تری در بدن داشته باشند.

ناروتوشی هیبینو، استاد جراحی در دانشگاه پزشکی شیکاگو که در این تحقیق نیز مشارکت داشت، گفت: ما در آستانه موفقیت جدیدی هستیم که در آن بیوالکترونیک می‌تواند به طور یکپارچه با عملکرد‌های طبیعی بدن ادغام شود. این دستگاه تاکنون فقط روی خوک‌ها آزمایش شده است. با این حال، جدا از کاربرد آن به عنوان ضربان‌ساز، می‌توان از آن برای تعدیل عصبی نیز استفاده کرد، جایی که می‌توان از آن برای درمان اختلالاتی مانند بیماری پارکینسون استفاده کرد.

یافته‌های این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.