Источник: Известия
Специалисты из НИЦ «Курчатовский институт» разрабатывают метод получения электричества из глюкозы, которая содержится в крови человека. Это необходимо для создания кардиостимуляторов, которым не нужны батарейки для работы. Таким образом, пациентам с автономными устройствами не нужно будет периодически подвергаться хирургическому вмешательству. Мощность глюкозной электростанции весьма невелика — всего 15-40 микроватт, но этого вполне достаточно для современного кардиостимулятора, такие устройства потребляют очень мало энергии.
«Электроэнергия генерируется за счет прямого химического преобразования. В кровоток внедряется биотопливный элемент. Это система с двумя электродами, на одном из них или на обоих расположены биокатализаторы. При этом на аноде происходит разложение органических соединений (в данном случае глюкозы), в результате чего образуются свободные электроны. Они по цепи движутся к катоду. А положительно заряженные атомы водорода через расположенную между электродами специальную мембрану (она проницаема практически только для них) направляются к катоду, где и получают утерянные электроны. Затем они вступают в реакцию с кислородом, образуя обычную воду», — заявил замруководителя отдела биотехнологий и биоэнергетики комплекса НБИКС-технологий НИЦ «Курчатовский институт» Павел Готовцев.
Технологию отрабатывают в лабораторных условиях на модели некоторых частей кровеносной системы человека. В такой фрагмент внедряется устройство и затем ученые проверяют его работу. Размер миниатюрной электростанции составляет 5 см, как и говорилось выше, устройство выдает мощность 15-40 микроватт. По словам специалистов, человек не будет ощущать дискомфорта от присутствия в его теле такого устройства.
Изготавливаются они из биосовместимых материалов, которые не дают отторжения. Расчет специалистов идет на то, чтобы генератор и кардиостимулятор оставались в теле человека до конца жизни. В дальнейшем, если текущая система покажет себя хорошо, на основе этой технологии будут изготавливаться и другие устройства, которым нужно постоянное энергоснабжение.
Впереди у стимулятора и генератора — испытания на животных. Затем, если все пройдет хорошо, система начнёт проходить клинические испытания, на что потребуется около 10 лет. По мнению других специалистов, знакомых с этим проектом, он весьма перспективный. «Это сверхинтересная тематика. Создание такой технологии — голубая мечта всех кардиохирургов. Это позволит избежать лишних хирургических вмешательств. Однако до сих пор все ученые сталкивались с одной проблемой: получается достаточно слабый ток. Нужно либо повышать его мощность, либо снижать потребление электроэнергии кардиостимулятором. В этих двух направлениях сейчас и идут исследования во всем мире», — сообщил директор Института персонализированной медицины и профессор кафедры профилактической и неотложной кардиологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Филипп Копылов.
Ряд ученых считает, что такого рода стимуляторы могут быть и опасными, поскольку уровень глюкозы в крови человека меняется, и если он будет слишком низким, кардиостимулятор может просто перестать работать. Поэтому гаджет необходимо оснащать батарейкой в качестве резервного источника питания.
У кардиостимуляторов есть и другой аспект — возможность взлома. Так, многие устройства, в которых есть управление при помощи радиочастот, могут быть взломаны. И управляющий модуль, который взаимодействует с самим стимулятором, никак не защищен. Многие производители просто не встраивают никакой системы идентификации типа «свой-чужой». В теории, злоумышленник может воспользоваться аналогичной системой для того, чтобы повлиять на работу приемника, расположенного около сердечной мышцы жертвы.
Отсутствие защиты в кардиостимуляторах критикуется с 2013 года, а то и раньше. Тем не менее, производители этих устройств продолжают выпускать ничем не защищенные системы, которые могут быть использованы технически подготовленным злоумышленником в любой момент.
Комментарии (21)
vassabi
20.02.2018 14:57Затем, если все пройдет хорошо, система начнёт проходить клинические испытания, на что потребуется около 10 лет. По мнению других специалистов, знакомых с этим проектом, он весьма перспективный.
в таком контексте «очень перспективный» начинает звучать как «в очень далекой перспективе» :(
Во-вторых — или я невнимательно читал или нигде не указан ни срок работы такого источника питания (только не говорите, что там электроды не деградируют), ни его стоимость (а иначе это превращается из бытового кардиостимулятора в Царь-кардиостимулятора. А сколько выстрелов сделала Царь-пушка я думаю все знают).
И последний пассаж про безопасность — не могу найти сейчас ссылку, но на гиктаймс(или хабре) был про это материал: что их специально не защищают, ибо они изначально должны быть доступными любому врачу (в т.ч. скорой). И, если криптозащита захлопнется (например ключ утерян), то это же придется прибегать к оперативному вмешательству.
ИМХО гораздо перспективнее защищать магнито-механическими приспособлениями, т.е. чтобы вместо сложной криптографии — он включал антенну если приложить сильный магнит к грудной клетке (а проделать это незаметно для окружающих и носителя кардиостимулятора достаточно сложно).
Alexsandr_SE
20.02.2018 19:03Даже если электроды не разрушатся, фильтры не забьются нужен буде аккумулятор обеспечивающий хотя бы несколько минут работы (лучше часов, на случай разрушения/неработоспособности по той или иной причине части кардиостимулятора). Подзаряжаться должен аккумулятор тоже от этих самых электродов.
vvzvlad
20.02.2018 19:22+1Вот явно не там ищут специалистов в НИЦ «Курчатовский институт». Надо было комментаров с хабра брать, они бы подняли российскую науку.
Bonio
20.02.2018 21:15А почему не используюд зарядку батерей беспроводным способом? Как в телефонах? Вместо того, чтобы менять батарейки с хирургическим вмешательством.
Раз в год или даже в несколько, например, приклеить на сутки зарядник с катушкой к груди.
ploop
20.02.2018 21:19Присоединяюсь к вопросу. Решение ведь на поверхности (по крайней мере так кажется).
olafnew
21.02.2018 01:31Вообще медицинские электронные импланты — жутко забавная вещь. Я как-то раз разбирал один, и думал что смогу что-то «зареверс инжинирить». Фиг там. Крайне своеобразная лазерная сварка корпуса, полная заливка, и на вершине торта — фактически это не PCB с SMD, а то, что принято называть было «микросборками». Вся плата — керамика, на ней напаяны(абсолютно точно не обычным припоем, вообще похоже на серебро, но я хоть убей не понимаю как кремний переживает такое при пайке) голые кристаллы, при этом один из них в корне отличался цветом, была мысль что один из кристаллов — это вовсе не кремний, а вообще германий(?), все сопротивления и конденсаторы(!) — напыленные, с лазерным триммированием фактически везде. Очень похоже, что все еще и дублировано. Все питается от химического элемента, который Литий-Йод(!!!), при этом на списанном устройстве батарея была еще жива, сильно жалею, что не замерил сколько реально в ней еще было мВт/ч. Самое интересное — механика(!), очень своеобразное дублирование электрических контактов, крайне своеобразные допуски на температурные и механические расширения, вся сварка контактов ДВУХ типов: лазерная и ультразвуковая(на счет последней не уверен, но очень похоже). Ну и все это естественно экранированно вглушь. Стоимость разработки — страшно представить. Там нет НИ ЕДИНОЙ детали «каталожной», все разработано с нуля. Мне кажется — они дико боятся давать любой внешний канал энергетического взаимодействия, т.к. это потенциально станет чуть-ли не самым опасным внутри этого устройства. Плюс ко всему — «радиосвязь» там вовсе не «радио» — это какая то дикая микстура из пъезокерамики(?) и магнита. При этом, ни какой документации в открытом виде вообще нет.
По сути — ничего даже близко подобному, я ни до, ни после не видел. Поэтому не мудрено, что там все очень и очень консервативно. Мне почему-то кажется, что и это решение, описанное в статье, если только не работает 30-40+ лет, нежизнеспособно.
Если есть знакомые врачи — пусть попросят в больницах где утилизируют, раздобыть устройство-другое. Крайне занятная вещь для вскрытия и изучения.
Zmiy666
20.02.2018 21:27нельзя ли использовать принцип МГД генератора для получения энергии? Кровь ведь соленая и течет довольно шустро… а обмотка генератора не требует контакта со средой и может быть помещена в оболочку из биосовместимых материалов. Просто разместить ее вокруг крупного сосуда и спокойно собирать энергию.
senglory
20.02.2018 23:57А кровоток, по-Вашему, откуда берется? От того, что сердце работает. А Вы как-то в сторону вечного двигателя смотрите.
ploop
21.02.2018 00:22Тут аналогия скорее не с вечным двигателем, а с ДВС. Пока заведён — стабильно работает, но как заглохнет, нужен стартер.
Собственно, в автомобилях это решили небольшим аккумулятором. Так же можно и тут поступить.Zmiy666
21.02.2018 09:12о том и речь… прибор должен отслеживать сердечный ритм и в случае отклонений от норм приводить сердце в нормальное состояние… еще бы неплохо встроить в него возможность вести запись ритма и скидывать данные на кардиобраслет/смартфон c которого они автоматом будут уходить лечащему врачу, на анализ искином клиники.
А так же обязательно функцию активации тревожного протокола, который включится если прибору не удастся восстановить сердечный ритм в отведенный период — тогда он без участия пациента активирует сигнал помощи через смартфон, сразу с координатами и коротким сообщением причины активации. а там уже есть надежда, СМП успеет.
Прибор не активен все время, большую часть времени работает в пассивном режиме, так что аккумулятор и конденсатор вполне справятся с задачей…
А в идеале же в случае критического сбоя в ритме прибор должен отдать команду встроенному в тушку пациента баллону с протекторами, адреналином и например с кровезаменителем, которые попав в кровь заставят сердце проработать еще хотя-бы минуту и при этом защитят клетки мозга от разрушения и тяжелого кислородного голодания, погружая пациента в кому. Это позволит вернуть пациента к жизни даже если он пролежит пол часа с остановившемся сердцем… на больше конечно врятли хватит.
red_dragon
21.02.2018 09:29Есть у меня подозрение, что в цивилизованном мире быстрее печть органов освоят, чем в НИЦ «Курчатовский институт» сделают нечто полезное для человечества.
Lirzman
Тут главная проблема — засорение мембраны крупными клетками крови(эритроциты, лейкоциты). В лабораторных глюкометрах действующих по такому-же принципу, мембрану нужно менять или промывать пару раз за смену.