Pacemakers en andere geïm-planteerde medische systemen hebben elektrische stroom nodig om te kunnen functioneren. Voor het vervangen van de batterij is een nieuwe operatie nodig, wat opnieuw een belasting oplevert voor de patiënt. Een team van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Ikeda (Japan) presenteert een alternatieve benadering: een geïmplanteerde generator die door de huid heen met laserlicht wordt bestraald.
Bio-elektronische apparaten zorgen bij veel patiënten voor een langer leven en verbeterde levenskwaliteit. Het meest bekend is de pacemaker, maar dat is niet het enige elektronische implantaat. Er bestaat ook een pijn-pacemaker voor het dempen van sterke chronische pijnen. Deze neurostimulator stuurt elektrische impulsen rechtstreeks naar het ruggenmerg om zo de weg van het pijnsignaal na de hersenen te blokkeren. Een ander voorbeeld is de geïmplanteerde medicijnpomp, die medicatie direct in de buurt van het ruggenmerg afgeeft of diabetici automa-tisch van insuline voorziet.
Het principe van het via laserlicht opladen van een implantaat. Het ontvangende apparaatje mag niet groter zijn dan een dobbelsteen met kanten van 0,5 mm.
Dergelijke elektronische implantaten worden meestal gevoed door lithium batte-rijen, maar deze functioneren maximaal tien jaar. De batterij moet tijdens een nieuwe operatie worden uitgewisseld, reden waarom de medische wereld graag oplaadbare varianten wil gebruiken.
Er zijn al alternatieven zoals elektrische cellen, die door lichaamseigen glucose worden gevoed of door spierkracht aangedreven dynamo’s. Het nadeel hiervan is dat de stroomopwekking niet kan worden geregeld. Een ander alternatief werkt met behulp van elektromagnetische stroomopwekking, maar deze kan elektrische apparaten in de directe omgeving verstoren.
Laser, warmte, elektra
Het Japanse team heeft een alternatief ontwikkeld, namelijk een apparaat dat bij bestraling met een laser stroom levert. Kern van het systeem zijn fijn verdeelde, in een siliconenmatrix ingebedde koolstof nanobuisjes. Deze absorberen laserlicht en zetten de lichtenergie effectief om in warmte. Deze warmte-energie wordt dan door het mini-apparaat omgezet in elektrische energie.
Dit functioneert dankzij het ‘Seebeck-Effect’: als de stroomkring bestaat uit twee verschillende elektrische geleiders (hier een speciale vorm van halfgeleidermate-rialen), dan ontstaat bij een temperatuurverschil tussen de contactpunten een kleine elektrische spanning. Alleen de bestraalde kant van de laag met composiet van siliconen en koolstof nanobuisjes warmt op waardoor het noodzakelijke temperatuurverschil ontstaat.
Omdat de koolstof-nanobuisjes een bepaald golflengtegebied dat door het weefsel dringt goed absorberen, zou het apparaat onder de huid geïmplanteerd kunnen worden. Dat apparaat mag overigens niet groter zijn dan een dobbelsteen met een zijde van een 5 mm. Door een eenvoudige bestraling wordt later genoeg energie opgewekt om de accu van bijvoorbeeld een pacemaker weer op te laden.
De onderzoekers werken nu aan om een nog efficiëntere energie-omzetting en een nog hogere betrouwbaarheid voor medische toepassing.