Учёные создали биоразлагаемый источник питания для медицинской электроники
Электроника, которую можно проглотить или временно имплантировать в организм, постепенно превращается из научной фантастики в реальный инструмент медицины. Однако у таких устройств остается одна принципиальная проблема – источник питания.
Обычные литиевые и щелочные батареи для организма слишком опасны: при контакте с биологическими жидкостями они могут повреждать ткани и выделять вещества, нежелательные для человека. Именно поэтому исследователи ищут способы заставить медицинскую электронику работать от источников энергии, которые после выполнения своей задачи не придется извлекать хирургическим путем.
Одно из таких решений предложила группа американских инженеров и химиков под руководством доцента Массачусетского технологического института Джованни Траверсо. Ученые разработали необычную батарею, основу которой составили бумага, магний и триоксид молибдена. Главное преимущество конструкции заключается не только в способности вырабатывать достаточно энергии для работы небольших электронных устройств, но и в том, что она рассчитана на безопасное разложение внутри организма.
Идея особенно важна для так называемой съедобной и имплантируемой электроники. Подобные устройства могут временно находиться внутри человека, чтобы доставлять лекарства, отслеживать состояние органов или воздействовать на ткани, после чего им необязательно оставаться в организме навсегда. Но если электронный компонент способен самостоятельно выполнять свою задачу, а его источник питания затем постепенно разрушается, необходимость в повторном вмешательстве может исчезнуть.
Именно эту концепцию исследователи попытались реализовать в новой батарее. Ее конструкция включает восковую оболочку, слои магния и триоксида молибдена, безопасный для организма гелевый электролит и бумажный катод – положительный электрод. Такое сочетание материалов позволило получить источник питания, который способен выдавать напряжение около 1,8 вольта и сохранять работоспособность в течение примерно трех дней.
На первый взгляд несколько дней работы могут показаться небольшим сроком, однако для временных медицинских устройств этого может быть вполне достаточно. За такой период электронный прибор способен выполнить конкретную задачу – например, доставить определенную дозу препарата, передать информацию о состоянии организма или провести кратковременную электростимуляцию тканей.
Чтобы проверить возможности технологии, ученые провели серию экспериментов на свиньях. В желудки животных поместили сразу несколько типов электронных устройств, каждое из которых решало отдельную задачу. Одним из них стала капсула для управляемой доставки лекарств, другим – электронная метка, способная передавать сигнал на расстояние до 1,5 метра, а третьим – миниатюрный электростимулятор.
Последнее устройство представляло особый интерес, поскольку с его помощью ученые воздействовали на желудок и стимулировали выработку грелина – гормона, связанного с регуляцией аппетита. Таким образом, эксперимент показал, что новая батарея может быть не просто источником энергии для пассивного датчика, но и обеспечивать работу электроники, которая непосредственно взаимодействует с тканями организма.
При этом во всех трех экспериментах батареи справились со своими задачами, а исследователи не обнаружили опасных побочных эффектов для желудка или организма животных. Этот результат особенно важен в контексте будущего применения подобных систем, поскольку безопасность источника питания остается одним из главных ограничений для миниатюрной электроники, предназначенной для работы внутри тела.
Впрочем, значение разработки выходит далеко за пределы одного эксперимента. Если подобные источники питания удастся адаптировать для различных типов устройств, они могут стать основой целого класса временной электроники, которая появляется в организме только на тот срок, когда она действительно необходима. После этого отдельные компоненты смогут постепенно разрушаться, избавляя пациента от необходимости извлекать их.
Подготовил Роман БОНДАРЧУК,
УзА
