最初のバッテリーレスで太陽光発電の心臓ペースメーカー

背景：現代のペースメーカー（PMS）は、エネルギー貯蔵容量が限られている一次バッテリーを搭載しています。バッテリーの枯渇によるPMの交換は一般的で不快であり、合併症のリスクがあります。体内のエネルギーを収穫するバッテリーのないPMは、これらの制限を克服する可能性があります。 目的：この研究の目標は、経皮光を電気エネルギーに変換する太陽光モジュールを搭載したバッテリーレスPMを開発することでした。 方法：異なる照射シナリオ（直射日光、屋外、屋外の日陰）にさらされた豚の皮膚フラップの下に置かれた太陽光モジュールを使用して、vivo測定が行われました。その後、4.6 cm（2）の太陽光モジュールを備えた2つの日光を搭載したPMSを、豚にin vivoで埋め込みました。エネルギーバッファーを装備した1つのプロトタイプは、最悪のシナリオをシミュレートするために数週間暗闇の中で実行されました。 結果：ex in vivo、太陽モジュールの中央値出力電力は1963μW/cm（2）（四分位範囲[IQR]1940-2107μW/cm（2））屋外での直射日光暴露下で、206μW/cm（2）（206μW/cm（2）（日陰の屋外でIQR194-233μW/cm（2））、4μW/cm（2）（IQR3.6-4.3μW/cm（2））屋内（現在のPMSは約10-20μWを使用しています）。皮膚フラップの厚さの中央値は4.8 mmでした。in vivoでは、短い照射期間があっても長期にわたるスーペーシングが行われました。私たちのPMは、暗闇で1/5か月間、125 bpm（0.6ミリ秒で3.7 V）の割合で継続的にペースを合わせることができました。 結論：明日のPMSはバッテリーレスで日光を浴びているかもしれません。赤外線の皮膚浸透が良好であるため、屋内でも皮下太陽モジュールによってかなりの量のエネルギーを収穫できます。エネルギー緩衝液を使用すると、闇の期間を克服できます。

BACKGROUND: Contemporary pacemakers (PMs) are powered by primary batteries with a limited energy-storing capacity. PM replacements because of battery depletion are common and unpleasant and bear the risk of complications. Batteryless PMs that harvest energy inside the body may overcome these limitations. OBJECTIVE: The goal of this study was to develop a batteryless PM powered by a solar module that converts transcutaneous light into electrical energy. METHODS: Ex vivo measurements were performed with solar modules placed under pig skin flaps exposed to different irradiation scenarios (direct sunlight, shade outdoors, and indoors). Subsequently, 2 sunlight-powered PMs featuring a 4.6-cm(2) solar module were implanted in vivo in a pig. One prototype, equipped with an energy buffer, was run in darkness for several weeks to simulate a worst-case scenario. RESULTS: Ex vivo, median output power of the solar module was 1963 μW/cm(2) (interquartile range [IQR] 1940-2107 μW/cm(2)) under direct sunlight exposure outdoors, 206 μW/cm(2) (IQR 194-233 μW/cm(2)) in shade outdoors, and 4 μW/cm(2) (IQR 3.6-4.3 μW/cm(2)) indoors (current PMs use approximately 10-20 μW). Median skin flap thickness was 4.8 mm. In vivo, prolonged SOO pacing was performed even with short irradiation periods. Our PM was able to pace continuously at a rate of 125 bpm (3.7 V at 0.6 ms) for 1½ months in darkness. CONCLUSION: Tomorrow's PMs might be batteryless and powered by sunlight. Because of the good skin penetrance of infrared light, a significant amount of energy can be harvested by a subcutaneous solar module even indoors. The use of an energy buffer allows periods of darkness to be overcome.