Ein experimenteller Herzschrittmacher funktionierte ohne herkömmliche Batterie, indem er die von den Herzschlägen erzeugte Energie direkt nutzte.
Ein Herzschrittmacher sendet kleine elektrische Impulse aus, wenn der Herzrhythmus korrigiert werden muss. Drahtlose Modelle, die direkt im Herzen implantiert werden, vermeiden die langen Leitungen herkömmlicher Geräte. Ihre geringe Größe erfordert jedoch eine kompakte Batterie, deren Lebensdauer letztlich die des Geräts begrenzt.
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Das Team um Pengfei Chen integrierte daher einen winzigen Generator in den Herzschrittmacher. Bei jedem Herzschlag setzt die Bewegung des Herzens interne Elemente in Gang. Der Kontakt und die Trennung verschiedener Materialien erzeugen dabei elektrische Ladungen. Dieses Prinzip wird triboelektrische Energieerzeugung genannt.
Konkret liefert das Herz die Bewegung, und das Gerät wandelt sie in Elektrizität um. Unter den von den Forschern beschriebenen Bedingungen erreicht der Generator eine Leistungsdichte von 276,6 Mikrowatt pro Kubikzentimeter. Die gewonnene Energie versorgt anschließend die Elektronik, die für die Erzeugung der Stimulationsimpulse zuständig ist.
Das System wurde in einer Form entwickelt, die mit einem intrakardialen Herzschrittmacher kompatibel ist, also einem Gerät, das im Inneren des Herzens platziert wird. Dieser Ansatz bewahrt den Vorteil drahtloser Geräte und beseitigt zugleich ihre Abhängigkeit von einem chemischen Energiespeicher, der sich allmählich erschöpft.
Anschließend untersuchten die Forscher ihren Prototyp an Schweinen, deren Herz präklinische Tests ermöglicht, die den Bedingungen beim Menschen nahekommen. Das Gerät gewährleistete während einer einmonatigen Beobachtungszeit die kardiale Stimulation. Diese Dauer belegt seine kurzfristige Funktionsfähigkeit, noch nicht jedoch einen jahrelangen Einsatz.
Ein für Patienten bestimmter Herzschrittmacher muss trotz Veränderungen des Herzrhythmus, Bewegungen und der Alterung der Materialien zuverlässig funktionieren. Außerdem muss er im Kontakt mit dem Gewebe sicher bleiben.
Der nächste Schritt besteht darin, seine Haltbarkeit über deutlich längere Zeiträume und unter vielfältigeren physiologischen Bedingungen zu überprüfen. Langfristig streben die Forscher einen autonomen Herzschrittmacher an, der an Ort und Stelle verbleiben kann, ohne dass eine Operation ausschließlich wegen der Erschöpfung seiner Energiequelle erforderlich wird.