Новые микродатчики «подпитали» батареи прямо в желудке

Крошечные электронные устройства, предназначенные для работы внутри человеческого организма (например, адресной доставки лекарств), уже признаны будущим неинвазивной хирургии. Однако, как известно, любой электронный механизм требует подзарядки. Как это сделать внутри организма? Свой ответ на этот вопрос предложили исследователи из Массачусетского технологического института.

новые микродатчики подпитали батареи прямо в желудке
Устройство, разработанное американскими учёными, сможет «питаться» от желудочного сока.

Специалисты разработали датчики, которые смогут подпитывать батареи прямо в желудке человека: «топливом» для них послужит желудочный сок, а конкретнее кислоты в его составе. Такое решение, по мнению исследователей, станет дешевле и безопаснее любых других источников питания (например, пота).

Напомним, что многие электронные микроустройства или датчики нацелены на работу внутри организма, которая должна длиться несколько недель (а в будущем, может быть, и больше). За такое время устройства разряжаются и изнашиваются, а при разложении могут привнести в организм вещества, для него не предназначенные и нежелательные.

В связи с этим давно назрела проблема создания системы, которая питалась бы от ресурсов самого организма, говорит соавтор разработки Джованни Траверсо (Giovanni Traverso).

«Мы рассматриваем желудочно-кишечный тракт как уникальную возможность для размещения новых систем доставки лекарственных средств и зондирования», — поясняет учёный.

Учитывая тот факт, что большинство ныне существующих подобных систем используют для запуска кислоту, почему бы не воспользоваться ей и для питания, добавляют специалисты.

Вспомните школьный эксперимент с лимоном, предлагают авторы. Чтобы извлечь из этого цитрусового электричество, нужны медь и цинк. Подойдут, к примеру, медная проволока и цинковый гвоздь – это будут электроды, положительный (катод) и отрицательный (анод), соответственно. Их нужно поместить в кислую среду – в данном случае в лимон. Его кислота выступит в качестве электролита и организует ток между двумя электродами – гвоздём и проволокой. Даже такой мощности будет достаточно, чтобы запустить светодиод, говорят эксперты.

Именно этот принцип лёг в основу новой разработки: к поверхности нового устройства прикрепляются цинковые и медные электроды, а желудочная кислота (как и лимонная) будет способствовать прохождению тока между ними.

«Большой проблемой внедрения имплантируемых медицинских устройств является генерация, управление и использование энергии. Эта работа позволяет нам представить новые медицинские приборы, где само тело вносит свой вклад в производство энергии и позволяет системе быть полностью самодостаточной», — отмечает соавтор исследования Ананта Чандракасан (Anantha Chandrakasan).

Испытания такой системы на свиньях уже дали положительные результаты: электрический датчик, запущенный в тело, снимал показания температуры и отправлял данные по беспроводной сети каждые 12 секунд (приёмник находился в двух метрах).

В ходе экспериментов учёные отслеживали «путешествие» устройства по пищеварительным трактам разных особей. В среднем оно продлилось около шести суток. После того как микродатчик выполнил свою работу, он отправляется в тонкую кишку. Кислотность там ниже, соответственно, эффективность работы постепенно снижается вплоть до 1% от максимальной производительности, однако мощности всё ещё хватает, чтобы передавать данные. Правда, уже с более длительным временным промежутком.

Добавим также, что в своём нынешнем виде устройство американских учёных составляет 40 миллиметров в длину и 12 в ширину. По словам авторов работы, будущие усовершенствования помогут им уменьшить эти размеры на две трети, а также увеличить функционал датчика.

Итоги текущего исследования отражены в научной статье, вышедшей в издании Nature Biomedical Engineering.

Ссылка на источник