O baterie care poate fi înghițită a fost creată de cercetătorii de la MIT

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

O baterie biodegradabilă, subțire și asemănătoare hârtiei, suficient de mică în una dintre variante pentru a încăpea într-o capsulă obișnuită de gelatină, a fost dezvoltată de cercetători pentru alimentarea temporară a dispozitivelor medicale din interiorul organismului.

Testată până acum pe porci, bateria a funcționat timp de până la trei zile, după care componentele sale biodegradabile au început să se descompună, potrivit Live Science.

Tehnologia ar putea permite, în viitor, alimentarea unor dispozitive medicale ingerabile folosite temporar în tractul gastrointestinal, fără ca bateria convențională să trebuiască ulterior recuperată din organism.

Rezultatele cercetării au fost publicate în revista științifică Nature Chemical Engineering.

Dispozitivele medicale ingerabile pot avea mai multe utilizări, de la detectarea hemoragiilor și administrarea medicamentelor până la stimularea anumitor țesuturi sau organe.

Una dintre problemele bateriilor convenționale utilizate pentru asemenea dispozitive este dimensiunea lor. În plus, componentele trebuie izolate pentru a împiedica materialele din interior să ajungă în contact cu țesuturile și să provoace leziuni.

Noua baterie a fost concepută din materiale care se degradează progresiv în mediul acid al tractului gastrointestinal și care, potrivit cercetătorilor, pot fi absorbite fără a lăsa fragmente periculoase sau produși secundari toxici.

Structura este realizată în mai multe straturi. Anodul, adică terminalul negativ, este format dintr-un aliaj de magneziu, în timp ce catodul conține trioxid de molibden și carbon activ. Între cele două se află un electrolit biodegradabil care permite producerea curentului electric.

Cercetătorii au folosit nanofibrile de celuloză pentru a crea o structură subțire și poroasă, asemănătoare hârtiei.

Giovanni Traverso, coautor al studiului și director al Laboratory for Translational Engineering de la MIT, a explicat că această structură contribuie atât la rezistența bateriei și controlul degradării, cât și la menținerea capacității de a produce energie.

Pentru ca bateria să nu fie distrusă prea repede de acidul gastric, cercetătorii au acoperit-o cu ceară de albine. Unele prototipuri au primit suplimentar un strat de ceară de candelilla, pentru o protecție mai îndelungată.

Traverso spune că stratul de ceară reprezintă un element esențial al proiectării, deoarece permite controlarea perioadei în care bateria rămâne funcțională.

Echipa a construit două variante. Cea mai mică putea fi introdusă într-o capsulă standard de gelatină și a produs aproximativ 1,77 volți, cu o capacitate suficientă pentru dispozitive electronice cu un consum redus de energie.

Varianta mai mare a ajuns la aproximativ 1,84 volți și o capacitate maximă de 3,5 miliamperi-oră. Cercetătorii avertizează însă că performanțele trebuie îmbunătățite. Reza Ghodssi, profesor la University of Maryland care nu a participat la studiu, consideră că o capacitate de aproximativ zece ori mai mare ar face tehnologia mult mai promițătoare.

Pentru experimentele pe animale, prototipurile au fost introduse în capsule realizate prin imprimare 3D și administrate porcilor cu ajutorul unui endoscop.

Ambele variante au continuat să funcționeze timp de până la trei zile, deși tensiunea și capacitatea lor au scăzut progresiv pe măsură ce bateriile s-au degradat.

Cercetătorii au utilizat bateria mai mică pentru alimentarea unei etichete experimentale RFID amplasate în esofag. Sistemul putea comunica fără fir cu un receptor aflat la o distanță de până la 1,5 metri și le permitea oamenilor de știință să detecteze momentul în care animalul înghițea un medicament.

Bateria mai mare a fost utilizată pentru alimentarea unei capsule care stimula electric stomacul. Experimentul a dus la creșterea nivelului de grelină, hormon implicat în stimularea senzației de foame, fără ca cercetătorii să observe leziuni ale țesuturilor în zona stimulată. Dispozitivul folosit în experiment este însă unul experimental.

Un aspect important este că, deși bateria și componentele sale biodegradabile s-au descompus, placa electronică folosită în experimentul de stimulare gastrică nu era bioresorbabilă. Aceasta a fost eliminată natural de animale.

John Rogers, cercetător în domeniul bioelectronicii la Northwestern University, care nu a participat la studiu, arată că realizarea tuturor componentelor din materiale bioresorbabile ar putea elimina riscul ca o parte a dispozitivului să rămână blocată în tractul gastrointestinal.

Tehnologia se află încă într-o fază experimentală. Una dintre principalele provocări este obținerea unui control mai precis asupra perioadei în care bateria funcționează și asupra momentului în care începe să se degradeze.

Cercetătorii au constatat și diferențe de performanță între baterii, asociate unor factori precum contactul dintre straturi, distribuția electrolitului și grosimea stratului de ceară. Echipa încearcă acum să standardizeze procesul de fabricație și să adapteze învelișul astfel încât bateriile să poată fi proiectate pentru perioade de funcționare cuprinse între câteva ore și câteva zile.

Următorii pași includ teste mai îndelungate, în condiții care să reproducă mai fidel tractul gastrointestinal uman. Potrivit lui Traverso, cercetătorii lucrează către un prim studiu clinic al sistemului RFID, care ar putea începe peste aproximativ doi ani.

Până atunci, rezultatele nu demonstrează că bateria este sigură sau eficientă pentru utilizarea la oameni. Experimentele raportate în studiul actual au fost efectuate pe animale.