Baterija, kurią galima nuryti: MIT sukūrė energijos šaltinį, veikiantį iki 3 dienų

Naujas sprendimas nuryjamiems prietaisams

Nuryjami medicinos prietaisai, dar vadinamos elektroninės kapsulės, sparčiai vystomi diagnostikai, vaistų pristatymui ir trumpalaikei audinių stimuliacijai. Tačiau jų plėtrą riboja energijos šaltinis: įprastos mažos baterijos gali turėti organizmui pavojingų medžiagų, todėl reikia sudėtingų apsauginių apvalkalų.

Massachusetts Institute of Technology (MIT) mokslininkų komanda, vadovaujama Giovanni Traverso, pristatė alternatyvą, paremtą organizmui labiau toleruojamomis medžiagomis. Tyrimas publikuotas žurnale „Nature Chemical Engineering“ ir aprašo ploną, porėtą, į popierių panašios struktūros bateriją, kurios veikimas suplanuotas kaip laikinas.

Iš ko pagaminta ir kaip veikia

Baterijos anodas pagamintas iš magnio, o katode naudojamas molibdeno trioksidas, tarp elektrodų įdėtas biologiškai suyrantis elektrolitas. Išorinis vaško sluoksnis padeda valdyti, kaip greitai konstrukcija skyla rūgščioje skrandžio terpėje, todėl galima derinti veikimo trukmę.

Mokslininkai sukūrė dvi versijas: mažesnę, apie 7,5 milimetro skersmens, kuri telpa į standartinę želatininę kapsulę, ir didesnę, maždaug 24 milimetrų ilgio stačiakampę. Priklausomai nuo konstrukcijos, baterijos pasiekė iki maždaug 1,84 volto įtampą.

Bandymų rezultatai ir realūs panaudojimai

Pirmajame bandyme baterija maitino kapsulėje esantį RFID žymeklį. Eksperimentuose su kiaulėmis prietaisas galėjo perduoti signalą imtuvui iki maždaug 1,5 metro atstumu, o tai ateityje galėtų būti pritaikyta stebint, ar pacientas iš tiesų išgėrė vaistus.

Komanda pabrėžia, kad ankstesni jų sprendimai rėmėsi energija, surenkama iš aplinkos, o nauja baterija leistų palaikyti ryšį nepriklausomai nuo išorinio maitinimo, kol kapsulė keliauja virškinamuoju traktu. Toks patikimumas yra vienas svarbiausių reikalavimų, kai kalbama apie klinikines stebėsenos sistemas.

Kitas pritaikymas buvo kapsulė su elektrodais, skirta elektrinei skrandžio stimuliacijai. Ankstesni šios grupės darbai rodė, kad parinkti impulsai gali skatinti skrandžio endokrinines ląsteles išskirti greliną, hormoną, susijusį su apetito reguliavimu.

Gyvūnų tyrimuose 20 minučių stimuliacija padidino grelino kiekį kraujyje maždaug 50 proc., o akivaizdžių audinių pažeidimų stimuliacijos vietoje nepastebėta. Vis dėlto tai ikiklinikiniai bandymai, todėl apie taikymą žmonėms kol kas nekalbama.

Kiek laiko veikia ir kas dar lieka organizme

Laboratorinėmis sąlygomis, skrandžio sultis imituojančioje terpėje, baterija patikimai veikė apie tris dienas, vėliau jos našumas palaipsniui mažėjo, o elementai pradėjo irti. Gyvuose gyvūnuose veikimas taip pat išsilaikė iki trijų dienų, o didesnės baterijos įtampa trečią dieną krito nuo maždaug 1,8 volto iki maždaug 1,45 volto.

Svarbus apribojimas tas, kad nors pati baterija su suyrančiais komponentais skyla, nuryjamo prietaiso elektronika dar nėra visiškai bioresorbuojama. Bandymuose kapsulės stimuliacijos įrenginio spausdintinė plokštė buvo pašalinta iš organizmo natūraliu būdu.

MIT komanda nurodo, kad kitas žingsnis yra bioresorbuojamos elektronikos kūrimas, kad ateityje būtų įmanomi visiškai suyrantys nuryjami prietaisai. Pasak tyrėjų, tokie darbai galėtų prasidėti maždaug per artimiausius dvejus metus, tačiau iki klinikinio pritaikymo dar reikės saugumo ir veiksmingumo įrodymų.