ایسنا/ فناوری فراصوت، باتری‌های ایمپلنت‌های کاشته در بدن را در کمتر از دو ساعت و بدون نیاز به جراحی شارژ می‌کند.

با افزایش تقاضا برای دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت(ایمپلنت) در سراسر جهان، نگرانی‌ها در مورد قابلیت استفاده طولانی مدت و ایمنی بیمار نیز افزایش می‌یابد.

دستگاه‌هایی مانند ضربان‌سازها، محرک‌های عصبی و سامانه‌های دارورسانی به دلیل افزایش سن جمعیت، بیماری‌های مزمن و آسیب‌های تصادفی به طور فزاینده‌ای رایج می‌شوند، اما با وجود پتانسیل نجات‌بخشی آنها، این ایمپلنت‌ها با یک محدودیت حیاتی همراه هستند؛ باتری‌های آنها در نهایت تمام می‌شوند و نیاز به تعویض دارند.

هر بار که این اتفاق می‌افتد، بیماران باید به اتاق عمل بازگردند. این جراحی‌های مکرر خطرات و ناراحتی‌های جدی برای سلامتی ایجاد می‌کنند و شارژ مجدد باتری را به یک مشکل حل نشده حیاتی در این زمینه تبدیل می‌کنند.

اکنون یک تیم تحقیقاتی در کره جنوبی به یک راه حل موفقیت‌آمیز رسیده است. این سامانه با لایه‌های پیزوالکتریک دوگانه، حتی با وجود بافت بین شارژر و دستگاه، سریع‌تر از هر روش قبلی، ایمپلنت‌ها را تغذیه می‌کند.

شارژ بدون نقص با امواج فراصوت

پروفسور جینهو چانگ(Jinho Chang) و تیمش در موسسه علوم و فناوری دائگو گیونگبوک(DGIST) یک سامانه شارژ بی‌سیم مبتنی بر امواج فراصوت توسعه داده‌اند که می‌تواند باتری‌های دستگاه‌های کاشتنی را بدون جراحی و با خیال راحت و کارآمد شارژ کند.

با افزایش تقاضا برای دستگاه‌های پزشکی کاشتنی در سراسر جهان، نگرانی‌ها در مورد قابلیت استفاده طولانی مدت و ایمنی بیماران نیز افزایش می‌یابد.

لایه اول این سامانه، امواج فراصوت ورودی را دریافت کرده و آنها را به برق تبدیل می‌کند. لایه دوم، انرژی فراصوت باقی‌مانده را که از آن عبور می‌کند، جمع‌آوری کرده و برق اضافی تولید می‌کند. سپس با ترکیب خروجی‌های هر دو لایه، این سامانه بیش از 20 درصد راندمان بالاتری نسبت به دستگاه‌های کنونی ارائه می‌دهد.

این تیم قبل از انتقال به مرحله ساخت، از شبیه‌سازی‌ها برای بهینه‌سازی طراحی دستگاه استفاده کرد. پس از ساخت، هر دو لایه به صورت الکتریکی متصل شدند تا کل توان خروجی به حداکثر برسد.

این دستگاه به چگالی توان ۴۹۷.۴۷ میلی‌وات در هر سانتی‌متر مربع در آب و خروجی کل ۷۳۲.۲۷ میلی‌وات دست یافت که برای شارژ کامل یک باتری ۱۴۰ میلی‌آمپرساعتی در ۱.۷ ساعت کافی است.

نتایج و عملکرد در دنیای واقعی

محققان برای ارزیابی عملکرد در شرایط واقعی، دستگاه را روی بافت خوک به ضخامت ۳۰ میلی‌متر آزمایش کردند تا بدن انسان را شبیه‌سازی کنند. حتی تحت این محدودیت‌ها نیز دستگاه به برداشت ۳۱۲.۳۴ میلی‌وات انرژی رسید.
محققان برای آزمایش بیشتر این فناوری، دو آزمایش کلیدی انجام دادند. در آزمایش اول، آنها یک باتری تجاری ۱۴۰ میلی‌آمپرساعتی را تنها در ۱ ساعت و ۴۰ دقیقه با استفاده از یک سیستم زیر آب در فاصله ۳۰ میلی‌متری به طور کامل شارژ کردند و در آزمایش دوم نیز با استفاده از بافت خوک با همان ضخامت برای شبیه‌سازی آناتومی انسان، یک باتری ۶۰ میلی‌آمپرساعتی را در ۱ ساعت و ۲۰ دقیقه شارژ کردند.

هر دو نتیجه در سطح جهانی در نظر گرفته می‌شوند. خروجی توان به دست آمده بیش از دو برابر سیستم‌های شارژ فراصوت گزارش شده قبلی است.

پروفسور چانگ گفت: این تحقیق، فناوری نوآورانه‌ای را ارائه می‌دهد که به طور مؤثر انرژی فراصوت را که در گذشته به طور کامل مورد استفاده قرار نگرفته بود، برای شارژ بی‌سیم دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت جمع‌آوری می‌کند.

وی افزود: تیم ما قصد دارد این فناوری را با پیشرفت‌های بیشتر تجاری‌سازی کند. هدف ما تجاری‌سازی سیستمی است که قادر به شارژ کامل در عرض یک ساعت باشد و این کار را با ترکیب این فناوری شارژ بی‌سیم مبتنی بر فراصوت با اجزای نیمه‌رسانا با راندمان بالا انجام دهد.

این رویکرد در صورت موفقیت می‌تواند نیاز به جراحی‌های مکرر را از بین ببرد. همچنین ممکن است در آینده نزدیک، درهایی را به سوی الکترونیک‌های قابل کاشت کوچک‌تر، هوشمندتر و بادوام‌تر بگشاید.

این مطالعه در مجله Biosensors and Bioelectronics منتشر شده است.