Šiuolaikinėje medicinoje labai reikalingi elektroniniai prietaisai, skirti nuolat stebėti paciento sveikatą. Šie implantai gali būti pagaminti iš visiškai saugių medžiagų ir signalizuoti padidėjusį cukraus kiekį kraujyje, kraujospūdį ar imuninio atsako į vaistus atsiradimą.
Nepaisant ilgalaikio veikimo, tokius prietaisus reikės kada nors išmesti. Akivaizdus problemos sprendimas - chirurginis implanto pašalinimas - akivaizdžiai nėra geriausias, nes bet kokia tokia intervencija bus skausminga ir kartais pavojinga.
Todėl daugelis bioinžinierių grupių visame pasaulyje kuria į kūną įmontuotus prietaisus, kurie galėtų savarankiškai ištirpti ir išsiskirti iš kūno pasibaigus galiojimo laikui.
„Tokių implantų sukūrimas yra didelis žingsnis į priekį. Iki šiol nebuvo daroma jokia pažanga kuriant tirpius biomedicinos prietaisus “, - sako bendraautorius Jeffrey Borensteinas iš Draperio laboratorijos Masačusetse, JAV.
2012 m. Borenšteino kolega medžiagų mokslininkas Johnas Rogersas iš Ilinojaus universiteto ir jo grupė pristatė seriją biologiškai skaidžių silicio drožlių, galinčių kontroliuoti temperatūrą ar mechaninę deformaciją, perduoti informaciją į kūno išorės įrenginius (pavyzdžiui, į kompiuterį ar išmanųjį telefoną) ir net šildyti kūno audinius. užkirsti kelią infekcijai. Kai kurie iš šių lustų buvo maitinami indukcinėmis ritėmis, kurios tiekė belaidį maitinimą iš išorinių šaltinių.
Bet bevielis energijos perdavimas nėra labai tinkamas poodiniams implantams, kuriuos kartais reikia dėti į gilius audinio sluoksnius ar net po kaulu. Be to, tokių prietaisų komponentai yra labai sudėtingi ir sudėtingi. Ištyręs šias problemas, Rogersas ir jo komanda sukūrė optimizuotas visiškai biologiškai skaidomas baterijas, papildančias esamus prietaisus.
Inžinieriai kaip anodus naudojo magnio foliją, o katodams - geležies, molibdeno arba volframo plokštelę. Visi šie metalai lėtai ištirps kūne, o jų jonai mažomis koncentracijomis yra biologiškai suderinami.
Elektrolitas tarp dviejų elektrodų yra natrio fosfato buferis. Visi šie komponentai taip pat supakuoti į biologiškai skaidų polimerą polianhidridą.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Kaip rašoma žurnale „Advanced Materials“paskelbtame straipsnyje, prietaiso srovė gali skirtis priklausomai nuo katode naudojamo metalo. Pavyzdžiui, vieno centimetro kvadrato formos ląstelė su 50 mikrometrų storio magnio anodu ir 8 mikrometrų storio molibdeno katodu duoda 2,4 miliampero.
Ištirpusi baterija išskiria mažiau nei 9 miligramus magnio. (Ilinojaus universiteto nuotrauka)
Ištirpusi tokia baterija išskiria mažiau nei 9 miligramus magnio, kuris yra maždaug dvigubai didesnis nei magnio vainikinių arterijų stentas, sėkmingai išbandytas klinikinių tyrimų metu. Tokia koncentracija gali nesukelti problemų, sakė Rogersas.
Kol kas visos biologiškai skaidomo įrenginio versijos gali veikti organizme 24 valandas, tačiau inžinieriai jau stengiasi padidinti produktyvumą. Jie taip pat tikisi padidinti energijos tankį modifikuodami magnio folijos paviršių. Didelis paviršiaus plotas padidins medžiagos reaktyvumą. Remiantis preliminariais tyrimo autorių vertinimais, 0,25 kvadratinių centimetrų ir tik vieno mikrometro storio baterija yra gana pajėgi maitinti poodinį jutiklį dienos metu.
Atkreipkite dėmesį, kad Rogerso plėtra yra potencialus Christopherio Bettingerio projekto konkurentas: pastarasis naudojo odos pigmentą melaniną, kad sukurtų anodus, kad būtų užtikrintas didžiausias bioakumuliatoriaus saugumas. Nepaisant to, lyginamoji analizė parodė, kad Rogerso magnio anodo baterijos yra tokios pat saugios, tačiau turi didesnį energijos tankį ir ilgesnį tarnavimo laiką, o tai reiškia, kad jos laimi.
Borenšteinas priduria, kad bet kokie tokie prietaisai gali būti naudojami ne tik biomedicininei stebėsenai ir vaistų pristatymui, bet ir, pavyzdžiui, kaip jutikliai, skirti nuolatos vertinti aplinkos būklę. Skaidomi jutikliai gali būti dedami į vandenyną, kur jie stebi užterštumo laipsnį, o gyvenimo pabaigoje jie ištirps beveik be pėdsakų.