Эта капсула содержит биоразлагаемую бумажную батарею (большая коричневая круглая структура) и метку радиочастотной идентификации (черные линии).
- Источник:
Mehmet Say
Батарейка из материала, напоминающего съедобную рисовую бумагу, способна питать электронные медицинские устройства, которые проглотит человек. После этого она постепенно разрушится и переварится, а продукты распада могут усвоиться организмом. Пока изобретение испытали только на свиньях, однако в будущем такие батарейки надеются ставить в устройства для контроля здоровья или импланты с электрическими импульсами.
Разработчики испытали батарейку в составе двух устройств. Первое содержало метку радиочастотной идентификации (RFID), способную передавать данные из организма наружу. Второе с помощью электрических импульсов стимулировало желудок, заставляя его вырабатывать гормоны, регулирующие чувство голода. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemical Engineering.
Новые материалы
Обычные батарейки могут быть опасны. Если проглоченное медицинское устройство повредится и батарейка внутри него протечет, это может привести к химическим ожогам. Кроме того, при прохождении через пищеварительный тракт батарейка способна выделять токсичные вещества. Поэтому ученые хотели создать источник энергии исключительно из нетоксичных компонентов, которые организм мог бы поглощать.
Обычная батарейка состоит из электродов, в которых запасается химическая энергия, электролита, передающего заряд между электродами, и корпуса, удерживающего все компоненты вместе. В литий-ионных и щелочных батарейках могут содержаться токсичные металлы, органические электролиты, способные накапливаться в организме, и пластиковые корпуса, которые при разрушении могут образовывать острые фрагменты.
Для электродов исследователи выбрали магний и триоксид молибдена. Это металлические микроэлементы, необходимые организму в небольших количествах. В паре они создают напряжение, достаточное для питания электронных устройств. В качестве электролита ученые использовали биоразлагаемую ионную жидкость вместо физиологического раствора с буфером, который применяли в некоторых предыдущих конструкциях биосовместимых батарей, но который обеспечивал невысокую эффективность.
Не менее важным оказался корпус. Он должен был удерживать остальные компоненты батарейки, не снижая ее эффективность из-за электроизоляции, иметь большую площадь поверхности и состоять из материала, который организм сможет безопасно поглотить после завершения работы устройства.
Ученые использовали покрытие на основе целлюлозы, которое постепенно растворяется, подобно оболочке таких сладостей. Чтобы замедлить воздействие желудочной кислоты, всю конструкцию дополнительно покрыли пчелиным воском.
Рисовая бумага, которая здесь сушится на бамбуковой решетке, послужила источником вдохновения для покрытия съедобной батареи
- Источник:
Mel Longhurst/VW Pics/Universal Images Group via Getty
Испытания на свиньях
Сначала ученые поместили батарейки в искусственный желудочный сок. Они обнаружили, что конструкция начинала разрушаться примерно через две недели, а полностью растворялась за несколько месяцев.
Затем исследователи поместили батарейки вместе с другими полностью биоразлагаемыми и нетоксичными электронными компонентами в гелевые капсулы и испытали их на свиньях. Устройство с RFID-меткой, проглоченное животными вместе с капсулой, передавало сигналы на считыватель, расположенный снаружи тела.
Второе устройство установили в желудке свиней с помощью эндоскопа. Электрическая стимуляция привела к повышению уровня грелина — гормона, связанного с чувством голода. Такие устройства изучают как способ воздействовать на связь между кишечником и мозгом. Потенциально они могут быть менее инвазивными, чем бариатрические операции и импланты, регулирующие работу пищеварительной системы.
Ученые уже рассматривают возможность испытаний на людях биоразлагаемых RFID-устройств, предназначенных для доставки лекарств и контроля за их приемом. Внутри гелевой капсулы оставили достаточно места, чтобы поместить обычную таблетку: около 75% объема устройства остается свободным.
То, принимают ли пациенты лекарства и соблюдают ли правильное время приема, особенно важен при некоторых видах терапии болезни Паркинсона и при лечении препаратами, подавляющими иммунную реакцию после трансплантации органов. Исследователи надеются начать испытания с первыми пациентами менее чем через два года.
В это время в России «переучивают» лекарства на борьбу с новыми болезнями — берут уже известные, проверенные на безопасность, молекулы и находят для них новые мишени.
