ایمپلنت مغزی که با نفس کشیدن شارژ می‌شود

ایمپلنت‌هایی که فعالیت الکتریکی مغز را تنظیم می‌کنند، برای درمان علائم پارکینسون برای دهه‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، و به تازگی ما شاهد قابلیت‌های بیشتری از آنها هستیم. اکنون یک طراحی جدید می‌تواند تجربه زندگی با این دستگاه‌ها را بهبود بخشد. در این طرح جدید از ژنراتورهای تریبوالکتریک(برق مالشی) یکپارچه برای تبدیل حرکات تنفسی کاربر به الکتریسیته استفاده شده است.

تحریک عمیق مغز شامل کاشت سیم‌های کوچک در نواحی مورد نظر مغز برای ارسال پالس‌های الکتریکی خفیف و مداخله برای اصلاح فعالیت الکتریکی غیرعادی در اندام‌ها است. این روش در سال ۱۹۹۷ برای درمان لرزش‌های ناشی از بیماری پارکینسون تایید شد، اما به تازگی شاهد این بوده‌ایم که دانشمندان آن را برای درمان افسردگی و رفتارهای تکانشی با نتایج اولیه امیدوارکننده‌ای تطبیق داده‌اند.

سالانه حدود ۱۵۰ هزار بیمار این ایمپلنت‌ها را دریافت می‌کنند که زیر پوست قفسه سینه قرار می‌گیرد و سیم‌های آن به سمت مغز می‌رود. در حال حاضر، دستگاه‌ها با باتری‌هایی کار می‌کنند که هر دو یا سه سال یک بار نیاز به تعویض دارند و هر بار برای تعویض آنها باید فرد تحت یک عمل جراحی قرار بگیرد.

ما شاهد پیشرفت‌های جالبی در فناوری ضربان‌سازها بوده‌ایم که برای حل مشکلی مشابه در بیماران مبتلا به اختلالات ریتم قلب طراحی شده‌اند. محققان نمونه‌های اولیه‌ای از ضربان‌سازها را ارائه داده‌اند که می‌توانند توسط عضلات بدن فرد یا حتی ضربان قلب آنها شارژ شوند.

اکنون دانشمندان دانشگاه کنتیکت از این ایده‌ها در ساخت ایمپلنت‌های تحریک عمیق مغز استفاده کرده‌اند. آن‌ها بر اساس اثر تریبوالکتریک(برق مالشی) ساخته شده‌اند. اثر برق مالشی نوعی الکتریسیته تماسی است که در آن دو ماده مختلف در تماس با یکدیگر دارای بار الکتریکی مخالف هم می‌شوند. مشابه زمانی که یک بادکنک به موهای شما برخورد می‌کند.

محققان یک دستگاه تحریک عمیق مغزی طراحی کرده‌اند که می‌تواند این نوع انرژی را از طریق حرکات تنفسی فرد جمع‌آوری کند. ایمپلنت از لایه‌هایی از مواد تریبوالکتریک تشکیل شده است که از اصطکاک برق تولید می‌کند. این الکتریسیته تولید شده یک ابرخازن زیست‌سازگار را شارژ می‌کند که به محرک عمقی مغز انرژی می‌دهد.
اسرا السانادیدی(Esraa Elsanadidy)، نویسنده این مطالعه می‌گوید: ما با استفاده از نانومواد جدیدی که در تماس با یکدیگر انرژی قابل توجهی تولید می‌کنند، نانو ژنراتور تریبوالکتریک خود را ساختیم. این نانو ژنراتور انرژی کافی برای راه‌اندازی یک محرک عمقی مغز را فراهم می‌کند.
این تیم دستگاه خود را روی یک خوک شبیه‌سازی شده آزمایش کردند که متشکل از یک ریه خوک بود که می‌توانست از طریق یک پمپ با هوا پر و خالی شود. مشابه آن‌ چه در دم و بازدم رخ می‌دهد. این حرکات باعث ایجاد مالش بین مواد تریبوالکتریک و در نتیجه تولید الکتریسیته شد که محرک توانست با استفاده از آن ۶۰ پالس الکتریکی در ثانیه تولید کند. سپس از آنها برای تحریک بافت مغز موش در خارج از بدن موجود استفاده شد.
محققان قصد دارند این سیستم را روی حیوانات بزرگ‌تر آزمایش کنند.
این تحقیق در مجله Cell Reports Physical Science منتشر شده است.