Уилсон Грейтбэтч: Жүрек ритмін қадағалаушы батареяның авторы

Кіріспе

Уилсон Грейтбач (6 қыркүйек 1919 - 27 қыркүйек 2011) – американдық инженер және жаңашыл өнертапқыш. Ол 325-тен астам патенттің авторы және Ұлттық өнертапқыштар даңқы залының мүшесі, сондай-ақ Лемельсон-MIT сыйлығының иегері болды.

Greatbatch литий-йодид батареясының элементі

1968 жылы Мэриленд штатының Балтимор қаласындағы Catalyst Research Corporation литий батареясының жасушасын патенттеді. Бұл жасуша электрхимиялық шкаланың екі шетіндегі екі элементті пайдаланып, 2,8 В жоғары кернеу мен физикалық максимумқа жақын энергия тығыздығын қамтамасыз етті. Өкінішке орай, оның ішкі кедергісі ток жүктемесін 0,1 мА-дан төмен деңгейге шектеді, сондықтан ол қолдануға жарамсыз деп есептелді. Грейтбэтч бұл өнертабысты жоғары кедергілі батареяны оңай пайдалана алатын кардиостимулятор индустриясына енгізуге тырысты. Алғашқы жұмыстар Нью-Йорк штатының Солтүстік Тонаванда қаласындағы бұрынғы Вурлитцер орган фабрикасының жалға алынған ауданында жүргізілді. Ральф Мид электрохимиялық дамудың алғашқы кезеңдерін басқарған деп саналады. Грейтбэтч 1971 жылы дамытқан WG1 жасушасын кардиостимулятор жасаушыларға ұсынды, бірақ олар оған қызығушылық танытпады. 1974 жылдың 9 шілдесінде Сент-Пол қаласында Мануэль А. Виллафана мен Энтони Аддуччи, Cardiac Pacemakers Inc. (Guidant) компаниясының негізін қалаушылары, литий аноды мен литий йодиді электролиті бар қатты күйдегі батареясымен жабдықталған әлемдегі алғашқы кардиостимуляторды жасады. Greatbatch өндірген литий йодиді жасушасы қазір кардиостимуляторлар үшін стандартты жасуша болып табылады, себебі оған энергия тығыздығы, өзін-өзі аз зарядтан босату қабілеті, кішкентай көлемі және сенімділік қажет. Жүрекке орнатылатын кардиостимуляторға арналған жасушада анод литийден, катод болса иод пен поли-2-винилпиридиннің құпия құрамынан тұрады, олардың екеуі де электр тогын өткізбейді. Алайда, 72 сағат бойы араластырып, 150°C-қа дейін қыздыру арқылы өңдегеннен кейін, компоненттер бір-бірімен реакцияға түсіп, электр тогын өткізетін тұтқыр сұйықтыққа айналады. Бұл сұйықтық әлі еріген күйде қатты денеге айналу үшін жасушаға құйылады. Сұйықтық литий анодымен жанасқанда, жартылай өткізгіш кристалды литий йодидінің мономолекулалық қабаты пайда болады. Жасуша кардиостимулятордың ток жүктемесімен разрядталғанда, литий аноды мен иод катоды арасындағы реакция литий йодидінен тұратын тосқауылдың қалыңдауын қамтамасыз етеді. Бұл кедергілікке ие және жасушаның терминалдық кернеуінің тосқауыл көлемінің кері пропорционалдығы ретінде төмендеуіне себеп болады. Кардиостимуляторды жасаушылар осы қасиетті литий батареясының "қызмет ету мерзімінің соңына" жақындағанын анықтау үшін пайдаланады.

In 1968, Catalyst Research Corporation of Baltimore, Maryland developed and patented a lithium battery cell The cell used two elements at near ends of the electrochemical scale, causing a high voltage of 2.8V and an energy density near the physical maximum. Unfortunately, it had an internal impedance which limited its current load to under 0.1 mA and was thus considered useless. Greatbatch sought to introduce this invention into the pacemaker industry, which could readily use a high impedance battery. The early work was conducted in a rented area of the former Wurlitzer Organ Factory in North Tonawanda, New York. Ralph Mead is understood to have headed the early electrochemical development. Greatbatch introduced the developed WG1 cell to pacemaker developers in 1971, and was met with limited enthusiasm. On July 9, 1974, Manuel A. Villafaña and Anthony Adducci founders of Cardiac Pacemakers Inc.(Guidant) in St. Paul, Minnesota, manufactured the world's first pacemaker with a lithium anode and a lithium iodide electrolyte solid state battery. The lithium iodide cell manufactured by Greatbatch is now the standard cell for pacemakers, having the energy density, low self discharge, small size and reliability needed. In the cell as developed for cardiac pacemaker application, the anode is lithium and the cathode a proprietary composition of iodine and poly 2 vinylpyridine, neither of which is electrically conductive. However, after processing by mixing and heating to ~ 150 °C for 72 hours the components react with each other to form an electrically conductive viscous liquid which, while still molten, is poured into the cell where it cools to form a solid. When the liquid contacts the lithium anode it creates a monomolecular layer of semiconducting crystalline lithium iodide. As the cell is discharged by the current load of the pacemaker, the reaction between the lithium anode and iodine cathode forms a growing barrier of lithium iodide, This is resistive, and causes the terminal voltage of the cell to decrease approximately as an inverse function of the volume of the barrier. Pacemaker designers use this characteristic to permit detection of incipient 'end of life' of the pacemaker's lithium cell.

Қайырымдылық

Грейтбэтч Нью-Йорктегі Хоутон колледжіне музыка бойынша магистратура бағдарламасын құру үшін қаржылай көмек көрсетті. Хоутон колледжінің Өнер орталығы (CFA) оның қайырымдылығымен концерт залы, өнер галереясы, көп қабатты жиналу алаңы және түрлі хор мен аспаптық сабақтасу бөлмелерін қамтиды. Кейіннен ол оның құрметіне Greatbatch School of Music деп аталды. Хоутон колледжі Грейтбэтчке қолдау таба алмаған кезде ғылыми зерттеулеріне көмектесіп, оған зертханалық кеңістік пен зерттеу жұмысына көмек берді. 2009 жылы Уилсон мен Элеонора Грейтбэтч Дарвин Д. Мартин үй кешенінен бөлек, Элеонора мен Уилсон Грейтбэтч павильоны деп аталған, заманауи әйнекпен жасалған қабылдау және ақпараттық павильон құруға шамамен 10 миллион доллар сыйлады. Оның жобасын Гарвард университетінің Дизайн мектебінің сәулет кафедрасының меңгерушісі Тошико Мори жасады.

Өлім

Уилсон Гретбэтч 2011 жылдың 27 қыркүйегінде 92 жасында дүние салды. Гретбэтч Кларенс пресвитериан шіркеуінде қарттар кеңесінің мүшесі ретінде қызмет етті, сонымен қатар шіркеу хорында ән салып, қосымша жексенбілік мектепте сабақ берді.