Учёные создали миниатюрную батарейку для медицинских устройств, которую можно проглотить вместе с капсулой. Она способна несколько дней работать внутри желудочно-кишечного тракта, а затем постепенно разрушиться на компоненты, которые организм может поглотить или вывести естественным путём. Первые испытания уже провели на свиньях.
Разработку представили исследователи MIT и их коллеги. Работа опубликована 21 сентября в Nature Chemical Engineering. Авторы рассчитывают, что такие источники питания пригодятся для проглатываемых датчиков, систем доставки лекарств и устройств, которые воздействуют на организм электрическими импульсами.
Вместо лития — вещества, которые организм способен переносить
Обычная батарейка внутри организма представляет очевидную проблему. Если её корпус повредится, содержимое может вызвать химические ожоги или высвободить токсичные вещества.
Поэтому исследователи практически полностью собрали новую батарею из биосовместимых материалов.
Анод сделали из магния, катод — из триоксида молибдена. Оба элемента в небольших количествах встречаются в организме и необходимы ему. В качестве электролита использовали биоразлагаемую ионную жидкость.
Особенно необычно устроена оболочка. На неё учёных вдохновила съедобная рисовая бумага, которой иногда оборачивают сладости. Основу сделали из целлюлозного материала, а сверху батарейку покрыли пчелиным воском, чтобы желудочный сок не разрушил её слишком быстро.
Исследователи изготовили две версии: круглый элемент диаметром 7,5 миллиметра и продолговатый длиной 24 миллиметра. Батарея выдаёт около 1,84 вольта.
В желудке она работает несколько дней
Сначала батареи поместили в сильно кислую среду, имитирующую желудочный сок.
Около трёх дней они продолжали нормально работать. Затем мощность постепенно снижалась, а в течение следующих недель конструкция разрушалась.
В экспериментах исследователи показали, что батарейка может не просто существовать внутри организма, а реально питать медицинскую электронику.
Одним из устройств стала RFID-метка. Батарея позволила ей непрерывно передавать сигнал из желудочно-кишечного тракта на расстояние до 1,5 метра.
Такие системы в будущем могут использоваться, например, чтобы подтвердить, что человек действительно проглотил нужное лекарство.
Батарейка смогла управлять гормоном голода
Второй эксперимент оказался ещё интереснее.
Исследователи встроили батарею в капсулу, которая подаёт слабый электрический ток на стенку желудка. Такое воздействие заставляет клетки вырабатывать грелин — гормон, участвующий в регулировании чувства голода.
Раньше подобное устройство уже существовало, но его питали обычные серебряно-оксидные батарейки. Теперь их заменили на новую биоразлагаемую систему.
В опытах на животных 20 минут электрической стимуляции повысили уровень грелина примерно на 50%. Само устройство могло поддерживать стимуляцию до трёх дней.
В перспективе такой подход может пригодиться людям с заболеваниями, при которых пропадает аппетит или резко снижается масса тела, например при некоторых формах рака и других тяжёлых хронических болезнях.
После работы батарея исчезает
Главное отличие разработки — её не нужно извлекать.
По словам исследователей, вся батарея является биорезорбируемой: после разрушения её материалы могут быть безопасно растворены и поглащены организмом.
При этом полностью растворимым пока является не всё устройство целиком. Например, в капсуле для стимуляции желудка остаётся печатная плата. Такие детали должны пройти через кишечник и выйти естественным путём.
До испытаний на людях ещё нужно дойти
Пока технология проверена только на животных, поэтому говорить о готовой батарее для пациентов рано. Исследователям ещё предстоит проверить долговременную безопасность материалов, поведение устройств в человеческом организме и надёжность при разных условиях работы.
Но сама батарейка уже вышла за рамки лабораторной демонстрации: она питала реальные устройства внутри животного, обеспечивала беспроводную связь и запускала физиологическую реакцию.
Команда MIT теперь планирует двигаться к клиническим испытаниям систем на основе такой электроники. Для одной из RFID-платформ испытания на людях рассчитывают начать примерно через два года.
Если технология сработает, проглатываемой электронике больше не придётся выбирать между достаточной мощностью и безопасностью обычной батареи: источник питания сможет выполнить свою задачу, а затем просто исчезнуть внутри организма.
