Розроблення ковтальних електронних пристроїв для моніторингу здоров’я та доставки ліків усередину організму потребує надійного джерела живлення. Однак традиційні батареї створюють серйозні проблеми: вони жорсткі, займають місце і можуть травмувати або перекрити шлунково-кишковий тракт пацієнта.
Завдання створити їстівну батарею, яка працює безпечно в агресивному середовищі кишечника, а потім розкладається без шкоди організму, виявилось надзвичайно складним. Учені мають знайти нешкідливі матеріали, здатні витримувати кисле середовище шлунково-кишкового тракту та механічні навантаження.
Як влаштована їстівна батарея
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту на чолі з інженером Джованні Траверсо розроблювали їстівну батарею, натхнену тонким азійським рисовим папером для загортання цукерок. Конструкція батареї включає:
- паперовий катод з нановолокна целюлози, триоксиду молібдену та активованого вугілля;
- анод з магнієвого сплаву;
- біорозкладний іонний рідкий електроліт, виготовлений із хлориду холіну та молочної кислоти;
- оболонку з бджолиного воску для збереження функціональності в організмі.
Таке поєднання матеріалів забезпечило створення першої дійсно їстівної батареї, здатної живити невеликі електронні девайси.
Результати експериментів на тваринах
Для перевірки ефективності їстівної батареї дослідники за допомогою ендоскопа доставляли її до шлунків свиней. Батарея живила два пристрої: RFID-мітку для передавання сигналів та пристрій електричної стимуляції для запуску вивільнення гормону голоду.
Випробування показали, що батарея функціонувала три дні, при цьому напруга знизилася з 1,84 В (значення, близьке до стандартної батарейки AA) до 1,45 В. Молібденова антена та сама батарея протягом кількох тижнів розпалися на крихітні частки, а невеликий RFID-чип природним шляхом залишив організм. Повна деградація їстівної батареї завершилась за кілька місяців.
Перспективи медичного застосування
Траверсо наголошує, що час роботи батареї легко налаштувати, змінюючи товщину шарів та матеріали оболонки. Залежно від конструкції їстівна батарея може функціонувати від кількох днів до кількох тижнів.
Довготривалі версії батарей могли б живити імпланти, які імітують нейронну діяльність, запускають вивільнення гормонів чи доставляють ліки. Така технологія також корисна для розроблення екологічних сенсорів, які згодом повністю розкладаються в довкіллі.
Яссер Хан з Університету Південної Каліфорнії вважає це важливим кроком, оскільки живлення електроніки всередину організму залишається однією з найбільших проблем в галузі. На відміну від традиційних батарей зі шкідливими компонентами, їстівна батарея не потребує видалення після вичерпання.
Що далі
Попри багатообіцяючі результати, технологія все ще на стадії доклінічних випробувань. Перед впровадженням у медичну практику їстівна батарея потребуватиме масштабних тестів на біосумісність. Дослідники повинні точно з’ясувати, на які речовини розкладається батарея, які компоненти організм поглинає, та чи не подразнює вони кишечник при повторному прийманні.
Проте розроблення таких пристроїв прокладає дорогу до одноразової електроніки, яку пацієнти можуть проковтнути для діагностики або лікування, не потребуючи подальшого видалення з організму.
