طراحی و توسعه ضربان‌ساز مینیاتوری
تیمی از مهندسان دانشگاه نورث‌وسترن ضربان‌سازی توسعه داده‌اند که آن‌قدر کوچک است که می‌توان آن را با سرنگ به بدن تزریق کرد. این ضربان‌ساز به‌طور ویژه برای نوزادان مبتلا به بیماری‌های مادرزادی قلبی طراحی شده است و قادر است بدون نیاز به عمل جراحی تهاجمی، عملکرد حیاتی قلب را به‌صورت موقتی پشتیبانی کند. این دستگاه مینیاتوری به اندازه‌ای کوچک است که از دانه برنج نیز کوچکتر است و با کمک ابزار پوشیدنی و انعطاف‌پذیر می‌توان آن را به‌راحتی استفاده کرد.
عملکرد ضربان‌ساز قلب و نحوه جفت شدن آن با ابزار پوشیدنی
این ضربان‌ساز مینیاتوری به‌عنوان یک دستگاه کاملاً پوشیدنی عمل می‌کند که روی سینه بیمار قرار می‌گیرد. ابزار پوشیدنی به محض شناسایی ضربان نامنظم قلب، پالس‌های نوری به بدن می‌تاباند که از پوست، استخوان سینه و عضلات عبور کرده و ضربان‌ساز را فعال می‌کند. این فناوری انقلابی به‌ویژه برای نوزادان که ممکن است به ضربان‌سازی موقتی نیاز داشته باشند، یک راهکار مناسب و کارآمد به‌شمار می‌آید. دستگاه با تاباندن نور مادون قرمز عمل می‌کند که می‌تواند از بافت‌های بدن عبور کند و ضربان‌ساز را فعال سازد.
عملکرد موقت ضربان‌ساز قلب و حل شدن در مایعات بدن
این ضربان‌ساز به‌گونه‌ای طراحی شده است که تنها برای مدت کوتاهی نیاز به عملکرد دارد. بسیاری از نوزادان مبتلا به مشکلات قلبی پس از جراحی نیاز به ضربان‌سازی موقتی دارند و این دستگاه دقیقا برای چنین شرایطی طراحی شده است. نکته قابل توجه آن است که تمامی اجزای این دستگاه از مواد زیست‌سازگار ساخته شده‌اند و پس از پایان عملکرد، در مایعات بدن حل می‌شوند، بنابراین نیازی به عمل جراحی برای خارج کردن دستگاه از بدن بیمار وجود ندارد. این ویژگی باعث می‌شود تا فرآیند درمان آسان‌تر و بدون دردسرهای اضافی باشد.
پیشگامان پروژه و اهمیت طراحی مینیاتوری دستگاه
جان راجرز (John A. Rogers)، پیشگام زیست‌الکترونیک در دانشگاه نورث‌وسترن و سرپرست این پروژه، گفت: “ما به‌احتمال زیاد کوچک‌ترین ضربان‌ساز قلب جهان را توسعه داده‌ایم. برای بیماران خردسال، به‌ویژه نوزادانی که عمل جراحی قلب انجام می‌دهند، مینیاتوری بودن دستگاه از اهمیت بالایی برخوردار است.” این اختراع به‌ویژه برای درمان نوزادانی که ممکن است به عمل جراحی دچار شوند، راهکاری نوآورانه است و می‌تواند از عوارض ناشی از جراحی جلوگیری کند.
پوشش جهانی نقص‌های مادرزادی قلبی در نوزادان
دکتر ایگور ایفیموف (Igor Efimov)، متخصص قلب تجربی و همکار پروژه، اظهار کرد: “حدود یک درصد از نوزادان در سراسر جهان با نقص‌های مادرزادی قلبی به دنیا می‌آیند.” وی افزود: “این کودکان اغلب فقط برای چند روز پس از جراحی به ضربان‌ساز قلب نیاز دارند، اما این بازه زمانی چند روزه برای حفظ جانشان حیاتی است. حالا می‌توانیم بدون نیاز به عمل دوم، این ضربان‌ساز کوچک را بر روی قلب نوزاد قرار داده و آن را با دستگاهی نرم و پوشیدنی کنترل کنیم.”
نسخه جدید ضربان‌ساز قلب با باتری شیمیایی
در سال ۲۰۲۱، همین تیم نخستین ضربان‌ساز قلب قابل‌حل موقتی را معرفی کرده بود که بدون نیاز به باتری یا سیم‌های حجیم کار می‌کرد. اما این نسخه جدید، با بهره‌گیری از باتری مبتنی بر واکنش شیمیایی، نوعی سلول گالوانی، توانسته گام بزرگی در کاهش اندازه و ساده‌سازی روش کاشت بردارد. این پیشرفت تکنولوژیک توانسته نیاز به سیستم‌های پیچیده و سنگین را کاهش دهد و دستگاهی کوچک و کارآمد تولید کند که علاوه بر کوچک بودن، عملکردی بسیار مشابه ضربان‌سازهای بزرگ‌سال را ارائه می‌دهد.
نحوه عملکرد باتری و کنترل دستگاه
در این فناوری، دو فلز متفاوت نقش الکترود را ایفا می‌کنند و در تماس با مایعات بدن، تشکیل باتری داده و جریان الکتریکی لازم برای تحریک قلب را تولید می‌کنند. این فناوری به‌ویژه در کاربردهای پزشکی مانند ضربان‌سازها و ایمپلنت‌های پزشکی بسیار مفید است. همچنین، کنترل روشن و خاموش شدن دستگاه با تابش نور مادون‌قرمز انجام می‌شود؛ نوری که می‌تواند به‌راحتی از بافت‌های بدن عبور کند. این سیستم کاملاً غیرتهاجمی است و به راحتی با استفاده از ابزار پوشیدنی می‌توان آن را کنترل کرد.
ویژگی‌های فوق‌العاده کوچک ضربان‌ساز قلب
این دستگاه پوشیدنی زمانی که ضربان قلب پایین‌تر از حد نرمال تشخیص داده شود، به‌طور خودکار دیود نوری را فعال کرده و نوری با طول‌موج خاص ساطع می‌کند که موجب فعال‌سازی ضربان‌ساز می‌شود. این ضربان‌ساز با اندازه فوق‌العاده کوچک خود، تنها ۱.۸ میلی‌متر عرض، ۳.۵ میلی‌متر طول و ۱ میلی‌متر ضخامت، قادر به تولید پالس‌هایی مشابه با ضربان‌سازهای بزرگ‌سال است. این اندازه کوچک باعث می‌شود که فرآیند کاشت ضربان‌ساز بسیار آسان‌تر از ضربان‌سازهای سنتی باشد و خطرات ناشی از جراحی به‌طور قابل‌توجهی کاهش یابد.
مزایای کوچک‌سازی ضربان‌ساز قلب
راجرز می‌گوید: “قلب تنها به مقدار بسیار کمی تحریک الکتریکی نیاز دارد. با کوچک‌سازی دستگاه، روند کاشت آسان‌تر، خطرات کمتر و نیاز به جراحی ثانویه کاملاً حذف شده است.” این ویژگی‌ها باعث می‌شود که ضربان‌سازهای جدید کاربرد بیشتری در بیمارانی با نیازهای خاص پیدا کنند و به‌راحتی قابل استفاده باشند.
استفاده از ضربان‌ساز قلب متعدد در درمان آریتمی‌ها
از آنجا که این ضربان‌سازها بسیار کوچک هستند، می‌توان آنها را در نقاط مختلفی از قلب نصب و هرکدام را با رنگ نوری متفاوت کنترل کرد. این قابلیت می‌تواند منجر به ضربان‌سازی هماهنگ و پیچیده‌تری نسبت به مدل‌های سنتی شود و حتی در درمان آریتمی‌ها کاربرد داشته باشد. این ویژگی پیشرفته می‌تواند در درمان اختلالات پیچیده‌تر قلبی موثر باشد و نتایج بهتری را به همراه داشته باشد.
استفاده از ضربان‌ساز قلب در کنار ایمپلنت‌های پزشکی
افیموف توضیح داد: “با نصب چندین ضربان‌ساز روی سطح قلب، می‌توان هر بخش را جداگانه کنترل و درمان‌های دقیق‌تری انجام داد.” همچنین، این فناوری می‌تواند در کنار ایمپلنت‌هایی مانند دریچه‌های قلبی به‌کار گرفته شود تا در صورت بروز انسداد، عملکرد قلبی حفظ شود. این روش می‌تواند به بهبود عملکرد کلی قلب و درمان‌های پیچیده‌تری کمک کند.
ترکیب ضربان‌ساز قلب با ایمپلنت‌های پزشکی
راجرز نیز افزود: “به‌دلیل اندازه بسیار کوچک، می‌توان این ضربان‌ساز قلب را با تقریباً هر نوع ایمپلنت پزشکی ترکیب کرد. این تنها یکی از نمونه‌های بسیاری است که این فناوری می‌تواند ایمپلنت‌های سنتی را به ابزارهای هوشمند درمانی تبدیل کند.” این قابلیت نوآورانه، امکان ترکیب این دستگاه‌های مینیاتوری با تکنولوژی‌های دیگر را فراهم کرده و گام بزرگی در پیشرفت درمان‌های پزشکی محسوب می‌شود.
