Новий мікродатчик може “підживити” батареї прямо в шлунку

Крихітні електронні пристрої, призначені для роботи всередині людського організму (наприклад, адресної доставки ліків), вже визнані майбутнім неінвазивної хірургії.

Однак, як відомо, будь-який електронний механізм вимагає підзарядки. Як це зробити всередині організму? Свою відповідь на це питання запропонували  дослідники з Массачусетського технологічного інституту.

Фахівці розробили датчики, які зможуть підживлювати батареї прямо в шлунку людини: “паливом” для них послужить шлунковий сік, а конкретніше кислоти в його складі. Таке рішення, на думку дослідників, стане дешевше і безпечніше будь-яких інших джерел живлення (наприклад, поту ).

Нагадаємо, що багато електронних мікропристроїв або датчиків націлені на роботу всередині організму, яка повинна тривати кілька тижнів (а в майбутньому, можливо, і більше). За такий час пристрої розряджаються і зношуються, а при розкладанні  можуть привнести в організм речовини, для нього не призначені і небажані.

У зв’язку з цим давно назріла проблема створення системи, яка харчувалася б від ресурсів самого організму, говорить співавтор розробки Джованні Траверсе ( Giovanni Traverso ).

“Ми розглядаємо шлунково-кишковий тракт як унікальну можливість для розміщення нових систем доставки лікарських засобів і зондування”, – пояснює учений.

З огляду на той факт, що більшість нині існуючих подібних систем використовують для запуску кислоту, чому б не скористатися нею і для харчування, додають фахівці.

Згадайте шкільний експеримент з лимоном, пропонують автори. Щоб витягти з цього цитрусового електрику, потрібні мідь і цинк. Підійдуть, наприклад, мідний дріт і цинковий цвях – це будуть електроди, позитивний (катод) і негативний (анод), відповідно. Їх потрібно помістити в кисле середовище – в даному випадку в лимон. Його кислота виступить в якості електроліту і організовує ток між двома електродами – цвяхом і дротом. Навіть такої потужності буде досить, щоб запустити світлодіод, кажуть експерти.

Саме цей принцип ліг в основу нової розробки: до поверхні нового пристрою прикріплюються цинкові і мідні електроди, а шлункова кислота (як і лимонна) сприятиме проходженню струму між ними.

“Великою проблемою впровадження імплантованих медичних пристроїв є генерація, управління і використання енергії. Ця робота дозволяє нам представити нові медичні прилади, де саме тіло вносить свій внесок у виробництво енергії та дозволяє системі бути повністю самодостатньою”, – відзначає співавтор дослідження Ананта Чандракасан ( Anantha Chandrakasan ).

Випробування такої системи на свинях вже дали позитивні результати: електричний датчик, запущений в тіло, знімав показання температури і відправляв дані по бездротовій мережі кожні 12 секунд (приймач знаходився в двох метрах).

В ході експериментів вчені відстежували “подорож” пристрою по травним трактах різних особин. В середньому воно тривало близько шести діб. Після того як мікродатчик виконав свою роботу, він відправляється в тонку кишку. Кислотність там нижче, відповідно, ефективність роботи поступово знижується аж до 1% від максимальної продуктивності, однак потужності все ще вистачає, щоб передавати дані. Правда, вже з більш тривалим часовим проміжком.

Додамо також, що в своєму нинішньому вигляді пристрій американських вчених становить 40 міліметрів в довжину і 12 завширшки. За словами авторів роботи, майбутні удосконалення допоможуть їм зменшити ці розміри на дві третини, а також збільшити функціонал датчика.

Підсумки цього дослідження відображені в науковій статті , що вийшла у виданні Nature Biomedical Engineering.

Раніше ми розповідали про інші способи харчування різних пристроїв. Наприклад, створений кардіостимулятор, який заряджається без проводів , а також батарея, яка генерує енергію за допомогою “мікробного дихання” . Згадаймо і про імплантатах, які можуть працювати на протязі всього життя людини .