Вчені створили їстівну батарейку, яку можна проковтнути: вона зникає через 3 доби

Дослідники вже тривалий час працюють над ковтальними пристроями, які збирають дані, доставляють ліки та контролюють стан здоров’я всередині організму. Цим пристроям потрібне живлення. Але звичайні батареї жорсткі, займають місце й можуть травмувати або блокувати шлунково-кишковий тракт.

Створити їстівні пристрої, які надійно працюють в організмі, а потім безпечно деградують, непросто. Проблема полягає в пошуку нешкідливих високоефективних матеріалів, здатних витримувати агресивне кисле середовище шлунково-кишкового тракту та стискаючі навантаження.

“Дослідники часто використовували матеріали, що містяться в харчових продуктах, для створення резорбованої електроніки. Деякі команди створювали біосумісні батареї, які працюють завдяки елементам самого організму, наприклад, використовуючи кисень організму як джерело енергії або шлункову рідину як електроліт”, — пише Chemical & Engineering News.

Щоб створити більш придатне для ковтання джерело живлення, дослідники розробили батарею, яку можна проковтнути, з матеріалу, схожого на рисовий папір, і сумісних з організмом компонентів. Їстівна батарея живила невеликі електронні пристрої у шлунках свиней протягом 3 днів, після чого розкладалася.

Батарейка з “рисового паперу”

Джованні Траверсо, інженер-механік із Массачусетського технологічного інституту, розповідає, що метою його команди було створити біосумісну та біорозкладну батарею. Дослідників надихнув тонкий їстівний рисовий папір, який використовують для загортання деяких азійських цукерок.

Дані: Nature

Команда створила паперовий катод із нановолокна целюлози, триоксиду молібдену та активованого вугілля; анодом слугував магнієвий сплав. Між електродами дослідники розмістили біорозкладний іонний рідкий електроліт, який виготовили шляхом плавлення хлориду холіну та молочної кислоти. Батареї інкапсулювали у бджолиний віск, щоб допомогти їм зберігати працездатність в організмі.

Три дні роботи у шлунку

Для випробування батарей дослідники за допомогою ендоскопа доставляли їх у шлунки свиней. Батареї живили два пристрої: мітку радіочастотної ідентифікації (RFID), яка передавала сигнали на детектор за межами організму, та пристрій для електричної стимуляції, який запускав вивільнення гормону голоду. RFID-мітка складалася з молібденової антени на недеградуючому чипі.

“Траверсо та його колеги вилучали батареї через 24 та 72 години, щоб виміряти вихідні характеристики, а за допомогою ендоскопічної та рентгенівської візуалізації контролювали процес деградації. Батарея працювала протягом 3 днів, за цей час напруга знизилася з 1,84 В — трохи більше, ніж у стандартної батарейки AA, — до 1,45 В”, — повідомляє Chemical & Engineering News.

Дані: Nature

Зображення показали, що молібденова антена та батарея протягом кількох тижнів розпалися на крихітні фрагменти. Маленький нерезорбований RFID-чип природним шляхом вивівся з організму, а весь пристрій повністю деградував протягом кількох місяців.

“Зміна товщини шарів та матеріалів оболонки дозволила б продовжити час роботи батарей в організмі. Їхні характеристики легко налаштовуються відповідно до застосування. Залежно від конструкції їх можна зробити функціональними протягом від кількох днів до кількох тижнів”, — каже Траверсо. — “Батареї з довшим терміном роботи могли б живити імпланти, які імітують роботу нейронів, запускають вивільнення гормонів або доставляють знеболювальні препарати, каже він. Такі системи також можна було б використовувати для створення екологічних сенсорів, які зрештою деградують”.

Яссер Хан, інженер з електротехніки та комп’ютерної інженерії з Університету Південної Каліфорнії, який не брав участі в дослідженні, каже, що “живлення електроніки, яку вводять всередину організму, є однією з найбільших проблем у нашій галузі”. Сучасні батареї містять шкідливі матеріали, і після вичерпання заряду їх необхідно видаляти.

Дані: Nature

“Нова батарея є важливим кроком на шляху до ковтальних пристроїв, які можуть контролювати стан кишечника або проводити його лікування, а потім зникати”, — зазначає Хан. — “Перш ніж батарею можна буде використовувати в людей, вона потребуватиме масштабних випробувань на біосумісність. Нам потрібно точно знати, на що саме розкладається батарея, скільки її компонентів поглинає організм і чи подразнює або пошкоджує щось із цього кишечник, особливо якщо пацієнти ковтатимуть такі пристрої знову і знову”.

Поки що технологія залишається на стадії доклінічних випробувань, але вона відкриває шлях до одноразової електроніки, яку можна проковтнути, використати для діагностики чи лікування, а потім не витягувати з організму.