เครื่องกระตุ้นหัวใจจิ๋ว ผลิตไฟฟ้าได้เอง ใช้ได้นานตลอดชีพ

วารสารวิศวกรรมชีวการแพทย์ธรรมชาติ (Nature Biomedical Engineering) เผยแพร่ผลการศึกษาเกี่ยวกับความสำเร็จในการพัฒนาเครื่องกระตุ้นไฟฟ้าหัวใจขนาดเล็กมากแบบมีแหล่งพลังงานในตัวของคณะนักวิจัยจากหลายสถาบันของจีน อาทิ มหาวิทยาลัยสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน มหาวิทยาลัยชิงหัว มหาวิทยาลัยปักกิ่ง และโรงพยาบาลอีกหลายแห่ง ซึ่งดำเนินการศึกษาวิจัยร่วมกันนานเกือบ 7 ปี

โอวหยางหาน ผู้เขียนบทความวิจัยคนแรกและรองศาสตราจารย์ประจำมหาวิทยาลัยสถาบันบัณฑิตฯ กล่าวว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนี้อาจยืดอายุการใช้งานเครื่องกระตุ้นไฟฟ้าหัวใจให้นานเท่าอายุของหัวใจตามธรรมชาติ ซึ่งจะแก้ไขปัญหาสำคัญของการผ่าตัดเปลี่ยนอุปกรณ์หลายครั้ง และปูทางใหม่ของการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบฝังในร่างกายมนุษย์ที่ไม่ต้องบำรุงรักษาตลอดชีวิต

เครื่องกระตุ้นไฟฟ้าหัวใจแบบฝังในร่างกายเป็นอุปกรณ์ชีวอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญต่อการฟื้นฟูจังหวะการเต้นของหัวใจผู้ป่วยให้เป็นปกติ รวมถึงประยุกต์ใช้เป็นวงกว้างในการฟื้นฟูการเคลื่อนไหว การมองเห็น และการได้ยิน การจัดการอาการเจ็บปวด และการวินิจฉัยโรคต่างๆ ทำให้มีบทบาทสำคัญที่สนับสนุนการรักษาตั้งแต่ระยะแรก การบำบัดรักษาแบบตรงจุด และการจัดการอาการรุนแรงในระยะยาว แต่ความท้าทายสำคัญคือเมื่อแบตเตอรี่หมด ผู้ป่วยต้องเข้ารับการผ่าตัดอีกครั้งเพื่อเปลี่ยนอุปกรณ์ ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงและภาระทางการเงิน การทำให้เครื่องกระตุ้นไฟฟ้าหัวใจสามารถทำงานได้ตลอดอายุการใช้งานโดยไม่ต้องบำรุงรักษาและมี "แหล่งพลังงานที่ยั่งยืน" ของตัวเองจึงกลายเป็นเป้าหมายหลัก

นวัตกรรมหลักของเครื่องกระตุ้นไฟฟ้าหัวใจขนาดเท่ายาแคปซูลนี้อยู่ที่โมดูลผลิตพลังงานเชิงบูรณาการที่ดักจับพลังงานจลน์จากการเคลื่อนไหวของหัวใจผ่านหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและแปลงพลังงานจลน์ดังกล่าวเป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งผลทดสอบพบว่ามีผลผลิตพลังงานสูงกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำที่จำเป็นต่อการทำงานตลอดอายุการใช้งาน ทำให้จ่ายพลังงานสู่วงจรการกระตุ้นไฟฟ้าหัวใจได้ต่อเนื่องและควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจอย่างแม่นยำ

นอกจากนั้นเครื่องกระตุ้นไฟฟ้าหัวใจขนาดเท่ายาแคปซูลนี้มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความเข้ากันได้กับเลือดในระดับดีเยี่ยม ทำให้สามารถฝังอุปกรณ์ผ่านสายสวนแบบแผลเล็กที่ลดการบาดเจ็บจากการผ่าตัดลงอย่างมีนัยสำคัญ รวมถึงมีโครงสร้างกักเก็บพลังงานส่วนเกินแบบแม่เหล็กลอยตัวที่มีความเรียบง่าย ช่วยลดการสูญเสียพลังงานและแรงเสียดทานเชิงกล พร้อมประสิทธิภาพสูงในการแปลงพลังงานและทำการผลิตพลังงานภายในหัวใจอย่างมีเสถียรภาพ 

ทั้งนี้ การทดลองกับสัตว์เป็นเวลาหนึ่งเดือนพบว่าเครื่องกระตุ้นไฟฟ้าหัวใจนี้สามารถทำงานโดยอัตโนมัติและควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจได้อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งแสดงถึงความเป็นไปได้ในการปรับใช้ในทางคลินิกกับมนุษย์