Новости 27 февраля 2015
573
STRF.ru

Источник на никеле-63 позволит значительно продлить срок службы кардиостимуляторов

Заготовка для ядерной батарейки – полупроводниковая подложка в виде кремниевой пластины со специальным рельефом

Прибор, поддерживающий ритм сердца, – электрокардиостимулятор, сегодня работает на тритиевых батарейках, которые служат не более семи лет. Когда ресурс батарейки заканчивается, отключается и стимулятор. Чтобы его перезапустить уже с новым источником питания, требуется очередное хирургическое вмешательство, что, конечно, создаёт определённые неудобства для пациентов. Продлить срок службы «искусственного сердца», по мнению учёных, возможно при создании новой батарейки, на основе радиоактивного никеля. Такие работы с переменным успехом идут в США и еще некоторых странах.

Попытка создать долговечный элемент питания для поддержки работы сердца предпринимается и в России. Команда учёных из РХТУ им. Д.И. Менделеева совместно с индустриальным партнёром ООО «Адвансед нуклайд технолоджис» разрабатывает батарейку для кардиостимуляторов, используя искусственный радионуклид никель-63. Период его полураспада составляет более 100 лет, тогда как у трития – чуть более 12 лет.

По расчётам исследователей, замена трития на радиоактивный никель в питании кардиостимулятора позволит повысить срок службы прибора примерно до 20 лет, тем самым повысив качество жизни людей, использующих биотехнические системы.

Работа по созданию такой «ядерной зарядки» для искусственного сердца сверхювелирная, имеющая множество тонкостей и подводных камней.

О том, как идёт процесс разработки элемента питания, рассказывает руководитель проекта, заведующий кафедрой Химии высоких энергий и радиоэкологии Эльдар Магомедбеков:

«За основу мы берём полупроводниковую подложку в виде прямоугольной пластины, например, из кремния, на ней вытравливаем определенный рельеф – канавки, в которые методом электроосаждения наносим радионуклид никель-63, напыляем p-n-переходы и подводим контактные электроды. Получившиеся пластины будем наслаивать друг на друга, и потом уже из этого «сэндвича» корпусировать батарейки, генерирующие ток. Несмотря на то, что у нас уже есть понимание того, как это должно быть устроено и впоследствии работать, реализовать такую технологию на практике довольно сложно. Особенно это касается нанесения никеля-63 в подготовленные канавки. Сложность связана с тем, что изотоп нужно так «посадить», чтобы он полностью покрывал поверхность пластины, включая вытравленные рельефные элементы, т.е. добиться максимальной поверхности контакта никеля с полупроводником».

Радиоактивный никель – чрезвычайно дорогой материал для исследований. Стоимость 1 грамма изотопа составляет 4000 долларов. Для проекта закуплено всего 0,3 грамма

Разработчики уверяют, что использование радиоактивного никеля в питании для кардиостимуляторов не несёт опасности для организма человека. Средняя энергия распада элемента совсем не большая, на уровне 17 КэВ, а это означает, что испущенное излучение не способно «пробить» даже бумагу. Кроме того, батарейка будет размещена в защитном корпусе, полностью исключающем какое-либо воздействие радионуклида на организм.

По оценкам экспертов, современный рынок ядерных источников питания для медицинской промышленности оценивается примерно в 170 млн. долларов. Но потенциал у этих устройств значительно выше: они могут существенно повысить эффективность технологий в области информационной безопасности, подводных и космических систем, микро- и наноэлектроники, оборонной промышленности.

Проект «Разработка элементов питания нового поколения на основе бета-изотопов с использованием нанотехнологий для кардиостимуляторов и медицинской электроники» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014–2020 годы».