Учёные создали съедобную батарейку, которую можно проглотить: она исчезает через 3 суток

1 октября, 14:22

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

Исследователи уже давно работают над глотаемыми устройствами, которые собирают данные, доставляют лекарства и контролируют состояние здоровья внутри организма. Эти устройства требуют питания. Но обычные батареи жесткие, занимают место и могут травмировать или заблокировать желудочно-кишечный тракт.

Создать съедобные устройства, которые надежно работают в организме, а затем безопасно разлагаются, непросто. Проблема заключается в поиске безвредных высокоэффективных материалов, способных выдерживать агрессивную кислую среду желудочно-кишечного тракта и сжимающие нагрузки.

«Исследователи часто использовали вещества, содержащиеся в пищевых продуктата, для создания резорбируемой электроники. Некоторые команды создавали биосовместимые батареи, которые работают за счёт элементов самого организма, например, используя кислород организма в качестве источника энергии или желудочный сок в качестве электролита», — пишет Chemical & Engineering News.

Чтобы создать более подходящий для проглатывания источник питания, исследователи разработали проглатываемую батарею из материала, похожего на рисовую бумагу, и компонентов, совместимых с организмом. Съедобная батарея питала небольшие электронные устройства в желудках свиней в течение 3 дней, после чего разлагалась.

Батарейка из «рисовой бумаги»

Джованни Траверсо, инженер-механик из Массачусетского технологического института, рассказывает, что целью его команды было создать биосовместимую и биоразлагаемую батарею. Исследователей вдохновила тонкая съедобная рисовая бумага, которую используют для упаковки некоторых азиатских конфет.

Команда создала бумажный катод из нановолокна целлюлозы, триоксида молибдена и активированного угля; в качестве анода использовался магниевый сплав. Между электродами исследователи поместили биоразлагаемый ионный жидкий электролит, который был получен путем плавления хлорида холина и молочной кислоты. Батареи были инкапсулированы в пчелиный воск, чтобы помочь им сохранить работоспособность в организме.

Три дня в желудке

Для испытания батарей исследователи с помощью эндоскопа вводили их в желудки свиней. Батареи питали два устройства: метку радиочастотной идентификации (RFID), которая передавала сигналы на детектор вне организма и устройство для электрической стимуляции, которая запускала выброс гормона голода. RFID-метка состояла из молибденовой антенны на неразлагаемом чипе.

«Траверсо и его коллеги извлекали батареи через 24 и 72 часа, чтобы измерить выходные характеристики, а с помощью эндоскопической и рентгеновской визуализации контролировали процесс деградации. Батарея работала в течение 3 дней, за это время напряжение снизилось с 1,84 В — чуть больше, чем у стандартной батарейки AA, — до 1,45 В», — сообщает Chemical & Engineering News.

Изображения показали, что молибденовая антенна и батарея в течение нескольких недель распались на крошечные фрагменты. Небольшой нерассасывающийся RFID-чип был выведен из организма естественным путем, а всё устройство полностью разложилось в течение нескольких месяцев.

«Изменение толщины слоев и материалов оболочки позволило бы продлить время работы батарей в организме. Их характеристики легко настраиваются в зависимости от области применения. В зависимости от конструкции их можно сделать функциональными на срок от нескольких дней до нескольких недель», — — говорит Траверсо. — «Батареи с более длительным сроком работы могли бы питать имплантаты, которые имитируют работу нейронов, запускают выделение гормонов или доставляют обезболивающие препараты, — говорит он. Такие системы также можно было бы использовать для создания экологичных датчиков, которые со временем разлагаются».

Яссер Хан, инженер в области электротехники и компьютерной инженерии из Университета Южной Калифорнии, который не участвовал в исследовании, говорит, что «питание электроники, которую вводят внутрь организма — одна из самых серьезных проблем в нашей отрасли». Современные батареи содержат вредные материалы, и после исчерпания заряда их необходимо утилизировать.

«Новая батарея — важный шаг на пути к проглатываемым устройствам, которые смогут контролировать состояние кишечника или проводить его лечение, а затем рассасываться», — отмечает Хан. — «Прежде чем батарею можно будет использовать на людях, она потребует масштабных испытаний на биосовместимость. Нам нужно точно знать, на что именно разлагается батарея, сколько её компонентов поглощает организм и раздражает ли или повреждает ли что-либо из этого кишечник, особенно если пациенты будут проглатывать такие устройства снова и снова».

Пока что технология находится на стадии доклинических испытаний, но она открывает путь к одноразовой электронные устройства, которые можно проглотить, использовать для диагностики или лечения, а затем не извлекать из организма.

Источник: Chemical & Engineering News

Источник материала