211service.com
Biodegradowalne baterie do zasilania inteligentnych urządzeń medycznych
Baterie wykonane z pigmentów znajdujących się w atramencie mątwy mogą prowadzić do jadalnych, rozpuszczalnych źródeł zasilania dla nowych rodzajów urządzeń medycznych. Naukowcy kierowani przez materiałoznawcę z Uniwersytetu Carnegie Mellon Christopher Bettinger zademonstrował nową baterię. Zamiast litu i toksycznych elektrolitów, które działają naprawdę dobrze, ale nie są biokompatybilne, wybraliśmy proste materiały pochodzenia biologicznego, mówi Bettinger.
Konwencjonalne materiały akumulatorowe nie są bezpieczne wewnątrz ciała, chyba że są zamknięte w nieporęcznych etui ochronnych, które ostatecznie muszą zostać usunięte chirurgicznie. Elektronika, którą można połknąć lub wszczepić w ciało bez powodowania szkód, może monitorować gojenie się ran i postęp choroby, uwalniać leki i umożliwiać bardziej czułe czujniki i stymulatory nerwowe i sercowo-naczyniowe.
Prototypowy akumulator sodowo-jonowy opracowany przez naukowców z CMU wykorzystuje melaninę z atramentu mątwy jako anodę, a tlenek manganu jako katodę. Wszystkie materiały w akumulatorze rozkładają się w ciele na nietoksyczne składniki.
Grupa CMU pracuje nad jadalną elektroniką, którą można połykać jak pigułki. Te elektroniczne leki mogą pozwolić lekarzom na podawanie wrażliwych leków białkowych – które zwykle są niszczone w żołądku – doustnie, a nie przez zastrzyk. Może to sprawić, że terapie, takie jak leki na zapalenie stawów, które obecnie muszą być podawane dożylnie w szpitalu, będą znacznie łatwiejsze do przyjęcia. Inteligentne pigułki, mówi Bettinger, mogą zawierać czujniki i obwody oraz uwalniać leki dopiero po przejściu przez surowe środowisko żołądka i dotarciu do jelita, gdzie leki byłyby wchłaniane przez organizm. Jadalna elektronika może być również wykorzystywana przez sportowców do monitorowania temperatury ciała i innych parametrów ciała.
Baterie melaninowe nie dorównują wydajnością baterii litowo-jonowych, ale nie muszą być użyteczne, mówi Bettinger, który został uznany za jednego z Przegląd technologii MIT 35 innowatorów poniżej 35 roku życia w 2011 roku. Prototypy opisane w czasopiśmie Materiały Narodowej Akademii Nauk , obecnie zapewniają wystarczającą moc do obsługi prostych czujników. Bettinger mówi, że pracują nad poprawą mocy wyjściowej i pojemności magazynowej, eksperymentując z różnymi formami melaniny.
Grupa Bettingera nie jest pierwszą, która proponuje elektroniczne pigułki. Kilka firm, w tym Olympus, już produkuje kapsuły zawierające aparaty fotograficzne; ale tego rodzaju systemy, które wykorzystują tradycyjne elementy elektroniczne i optyczne do obrazowania układu pokarmowego, nie mogą być regularnie połykane, mówi Bettinger.
Inna firma, Cyfrowe zdrowie Proteusa z Palo Alto w Kalifornii tworzy system monitorowania zdrowia osobistego, który obejmuje pigułki opatrzone cyfrowymi znacznikami identyfikacyjnymi. Mały chip, który przechowuje numer identyfikacyjny, jest umieszczony pomiędzy dwiema metalowymi foliami, które działają jak częściowa bateria, którą dyrektor ds. technologii firmy, Mark Zdeblick , nazywa ogniwo biogalwaniczne. Kiedy pigułka zostanie połknięta, metale wchodzą w kontakt z jonami w żołądku, aktywując urządzenie poprzez umożliwienie przepływu prądu pomiędzy metalowymi foliami. Chip moduluje prąd przepływający między metalowymi foliami, aby wytworzyć słabe pole elektryczne, które jest wykrywane przez łatkę założoną przez pacjenta. Dzięki temu ludzie i lekarze mogą monitorować, kiedy biorą leki.
John Rogers , naukowiec zajmujący się materiałami, który produkuje biodegradowalną elektronikę z University of Illinois w Urbana-Champaign, mówi, że więcej energii będzie potrzebne do bardziej wyrafinowanej jadalnej i wszczepialnej elektroniki, a jednym ze sposobów zapewnienia tego jest pełne baterie, takie jak Bettinger.
Rogers pracuje również nad biodegradowalnymi bateriami do użytku medycznego. W artykule, który zostanie opublikowany w czasopiśmie Zaawansowane materiały , jego zespół opisuje baterie wykonane z rozpuszczalnych metali i minerałów śladowych, magnezu i molibdenu. Biodegradowalne baterie, jak mówi Rogers, umożliwią urządzeniom, które trafiają do organizmu, monitorować gojenie się ran, w razie potrzeby dostarczać terapię, a następnie naturalnie znikać po całkowitym wygojeniu się rany, eliminując w ten sposób niepotrzebne obciążenie organizmu.