Tendencias Científicas
Representación del dispositico. Imagen: Patricio R. Sarzosa, Escuela de Ingeniería Thaye.
El movimiento del corazón es tan poderoso que puede recargar dispositivos que salvan nuestras vidas, según una nueva investigación del Dartmouth College. Basta con un dispositivo del tamaño de una moneda para que la energía cinética del corazón se convierta en electricidad y alimente una amplia gama de dispositivos, como marcapasos o desfibriladores.
El marcapasos es un aparato electrónico generador de impulsos. Implantado en el organismo de personas con problemas cardiacos, ralentiza la actividad electrónica cardíaca y puede desencadenar impulsos electrónicos.
El desfibrilador cardioversor implantable (DCI) es un dispositivo que detecta un latido cardíaco anormal y envía un choque eléctrico al corazón para normalizar su ritmo. Se coloca dentro del cuerpo en personas en riesgo de muerte súbita a causa de taquicardia o fibrilación ventricular, o que hayan tenido ritmos cardíacos peligrosos.
Millones de personas confían en los marcapasos, desfibriladores y otros dispositivos implantados que funcionan con baterías que deben reemplazarse cada cinco o diez años. Esos reemplazos requieren una cirugía que puede ser costosa y crean la posibilidad de complicaciones e infecciones.
"Estamos tratando de resolver el problema final de cualquier dispositivo biomédico implantable", dice el profesor de ingeniería de Dartmouth, John XJ Zhang, principal artífice de este invento, en un comunicado. "¿Cómo se crea una fuente de energía efectiva para que el dispositivo haga su trabajo durante toda la vida útil del paciente, sin la necesidad de cirugía para reemplazar la batería?"
"Es igualmente importante que el dispositivo no interfiera con la función del cuerpo", agrega el investigador asociado Lin Dong, primer autor del artículo. "Sabíamos que tenía que ser biocompatible, liviano, flexible y de perfil bajo, por lo que no solo se ajusta a la estructura actual del marcapasos, sino que también es escalable para futuras funcionalidades múltiples".
El marcapasos es un aparato electrónico generador de impulsos. Implantado en el organismo de personas con problemas cardiacos, ralentiza la actividad electrónica cardíaca y puede desencadenar impulsos electrónicos.
El desfibrilador cardioversor implantable (DCI) es un dispositivo que detecta un latido cardíaco anormal y envía un choque eléctrico al corazón para normalizar su ritmo. Se coloca dentro del cuerpo en personas en riesgo de muerte súbita a causa de taquicardia o fibrilación ventricular, o que hayan tenido ritmos cardíacos peligrosos.
Millones de personas confían en los marcapasos, desfibriladores y otros dispositivos implantados que funcionan con baterías que deben reemplazarse cada cinco o diez años. Esos reemplazos requieren una cirugía que puede ser costosa y crean la posibilidad de complicaciones e infecciones.
"Estamos tratando de resolver el problema final de cualquier dispositivo biomédico implantable", dice el profesor de ingeniería de Dartmouth, John XJ Zhang, principal artífice de este invento, en un comunicado. "¿Cómo se crea una fuente de energía efectiva para que el dispositivo haga su trabajo durante toda la vida útil del paciente, sin la necesidad de cirugía para reemplazar la batería?"
"Es igualmente importante que el dispositivo no interfiera con la función del cuerpo", agrega el investigador asociado Lin Dong, primer autor del artículo. "Sabíamos que tenía que ser biocompatible, liviano, flexible y de perfil bajo, por lo que no solo se ajusta a la estructura actual del marcapasos, sino que también es escalable para futuras funcionalidades múltiples".
Aprovechando la energía cinética
El trabajo del equipo propone modificar los marcapasos para aprovechar la energía cinética (que se obtiene gracias al movimiento) del cable conductor que está conectado al corazón, convirtiéndola en electricidad para cargar continuamente las baterías.
El material agregado es un tipo de película piezoeléctrica de polímero delgado llamada "PVDF" y, cuando se diseña con estructuras porosas, ya sea una serie de pequeñas vigas de hebilla o un voladizo flexible, puede convertir incluso pequeños movimientos mecánicos en electricidad. Un beneficio adicional: los mismos módulos podrían utilizarse como sensores para permitir la recopilación de datos y la monitorización en tiempo real de los pacientes.
Los resultados de este estudio, que ha durado de tres años, lo han conseguido investigadores de ingeniería de Dartmouth junto con los médicos de UT Health de San Antonio, y se publican en Advanced Materials Technologies.
De acuerdo con Zhang, los dos años restantes investigación, más el tiempo añadido para finalizar el proceso preclínico y obtener la aprobación regulatoria, hará que los marcapasos con carga automática tarden todavía unos cinco años en ser comercializados.
"Hemos completado la primera ronda de estudios con animales con excelentes resultados que se publicarán pronto", dice Zhang. "Ya hay un gran interés expresado por las principales compañías de tecnología médica, y Andrew Closson, otro de los autores del estudio, está aprendiendo las habilidades de transferencia de tecnología y negocios para ser un aliado en la fase empresarial de este esfuerzo".
El trabajo del equipo propone modificar los marcapasos para aprovechar la energía cinética (que se obtiene gracias al movimiento) del cable conductor que está conectado al corazón, convirtiéndola en electricidad para cargar continuamente las baterías.
El material agregado es un tipo de película piezoeléctrica de polímero delgado llamada "PVDF" y, cuando se diseña con estructuras porosas, ya sea una serie de pequeñas vigas de hebilla o un voladizo flexible, puede convertir incluso pequeños movimientos mecánicos en electricidad. Un beneficio adicional: los mismos módulos podrían utilizarse como sensores para permitir la recopilación de datos y la monitorización en tiempo real de los pacientes.
Los resultados de este estudio, que ha durado de tres años, lo han conseguido investigadores de ingeniería de Dartmouth junto con los médicos de UT Health de San Antonio, y se publican en Advanced Materials Technologies.
De acuerdo con Zhang, los dos años restantes investigación, más el tiempo añadido para finalizar el proceso preclínico y obtener la aprobación regulatoria, hará que los marcapasos con carga automática tarden todavía unos cinco años en ser comercializados.
"Hemos completado la primera ronda de estudios con animales con excelentes resultados que se publicarán pronto", dice Zhang. "Ya hay un gran interés expresado por las principales compañías de tecnología médica, y Andrew Closson, otro de los autores del estudio, está aprendiendo las habilidades de transferencia de tecnología y negocios para ser un aliado en la fase empresarial de este esfuerzo".
Referencia
Energy Harvesting: Flexible Porous Piezoelectric Cantilever on a Pacemaker Lead for Compact Energy Harvesting (Adv. Mater. Technol. 1/2019). Lin Dong Xiaomin et al. Volume4, Issue 1, January 2019, 1970002. DOI: https://doi.org/10.1002/admt.201970002
Energy Harvesting: Flexible Porous Piezoelectric Cantilever on a Pacemaker Lead for Compact Energy Harvesting (Adv. Mater. Technol. 1/2019). Lin Dong Xiaomin et al. Volume4, Issue 1, January 2019, 1970002. DOI: https://doi.org/10.1002/admt.201970002
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