Учёные протестировали биоразлагаемые бумажные батареи для питания устройств в организме свиней
Исследователи разработали батарею из бумаги, которую можно проглатывать для питания медицинских устройств внутри организма. После использования она постепенно разлагается, что исключает необходимость хирургического извлечения. На данный момент технологию тестировали только на свиньях, где батареи обеспечивали питание устройств в течение трёх дней. Об этом пишет портал Science XXI.
Эта разработка предназначена для временных устройств, функционирующих в желудочно-кишечном тракте. Такие системы способны выявлять кровотечения, доставлять медикаменты или стимулировать отдельные ткани и органы. О результатах исследования, опубликованных 21 сентября в журнале Nature Chemical Engineering, сообщило Live Science.
Батарея состоит из нескольких слоёв. Отрицательный электрод выполнен из магниевого сплава, положительный содержит триоксид молибдена и активированный уголь, а между ними расположен биоразлагаемый электролит, который генерирует электрический ток. В отличие от предыдущих прототипов, в новой конструкции используются нановолокна целлюлозы, что делает батарею тонкой, пористой и схожей с бумагой.
Компоненты постепенно растворяются в кислой среде желудочно-кишечного тракта и могут безопасно усваиваться организмом, не оставляя токсичных остатков. Чтобы устройство не разрушалось слишком быстро в желудке, его покрыли пчелиным воском, а в некоторых вариантах добавили слой канделильского воска, получаемого из кустарника Euphorbia antisyphilitica. «Восковое покрытие — это не просто упаковка. Это ключевой элемент конструкции, который определяет срок функциональной работы», — отметил соавтор исследования Джованни Траверсо, директор лаборатории трансляционной инженерии Массачусетского технологического института.
Исследователи создали две версии батареи, одна из которых помещалась в стандартную желатиновую капсулу. В лабораторных испытаниях меньшая модель выдавала около 1,77 вольта и имела ёмкость 2 миллиампер-часа на квадратный сантиметр, а более крупная — около 1,84 вольта и до 3,5 миллиампер-часа. Как отметил профессор электротехники и вычислительной техники Мэрилендского университета Реза Годсси, не участвовавший в работе, ёмкость пока остаётся низкой: «Им нужно увеличить её на порядок, чтобы эта технология стала ещё более перспективной».
Прототипы были помещены в капсулы, напечатанные на 3D-принтере, и введены свиньям через эндоскоп. Меньшая батарея питала экспериментальную беспроводную радиочастотную метку, которая передавала сигнал при проглатывании животными лекарства на расстояние до 1,5 метра. Более мощная модель обеспечивала работу капсулы, стимулировавшей желудок электрическими импульсами и повышавшей уровень гормона грелина без видимого повреждения тканей. Батареи и биоразлагаемые детали разрушились, однако электронная плата не распалась и вышла из организма естественным путём; теперь команда работает над более точным управлением сроком службы, стандартизацией производства и подготовкой более длительных испытаний, а первое клиническое исследование радиочастотной системы может начаться примерно через два года.
