Створена біорозчинність имплантируемая батарейка

Відео: Гальванічнийелемент з паперу

Массачусетські вчені презентували біорозчинність що імплантується батарейку, яка допоможе живити перспективні біомедичні пристрої, створювані для моніторингу показників хворого або доставки лікарських речовин.

Новий елемент живлення принципово відрізняється від аналогів тим, що після використання може повністю розкладатися в тілі без жодних наслідків для здоров`я.

«Це дійсно великий прорив. До сьогоднішнього дня не було зроблено скільки-небудь серйозних досягнень в цьому напрямку », - сказав пресі Джеффрі Боренштейн (Jeffrey Borenstein), біомедичний інженер з Лабораторії Дрейпера, некомерційного дослідного центру в Кембриджі.

У 2012 році дослідник нових матеріалів Джон Роджерс (John Rogers) з університету Ілінойса в Урбані-Шампейн представив цілу серію біорозчинність силіконових чипів, які можуть відстежувати температуру і механічне натяг, відправляючи результати на зовнішні пристрої. Ці мікроскопічні чіпи навіть здатні нагрівати тканини для активації імунних процесів і запобігання інфекції (стаття в журналі Nature називалася Biodegradable electronics here today, gone tomorrow).

Деякі з цих чіпів отримували енергію для харчування ззовні за допомогою індукційних пристроїв.

Але бездротова передача енергії, за словами Боренштейн, проблематична для пристроїв, які повинні імплантуватися в глибокі тканини, в тому числі в кістки. Компоненти, які отримують енергію таким способом, технічно складні, великі і дороги. Дослідник говорить: «Все, що ви розмістите там, повинно займати дорогоцінний простір».

Щоб знайти раціональне рішення, Роджерс і його колеги розробили елемент живлення міліметрової товщини, який з часом повністю розчиняється в тканинах і не вимагає вилучення.

Розчинні імплантуються пристрої

Їх винаходи, описані в останньому випуску Advanced Materials, використовують аноди з магнієвої фольги і катоди з заліза, молібдену або вольфраму. Всі ці матеріали будуть повільно розчинятися в тканинах, а в низьких концентраціях їх іони не шкідливі для організму.

Електролітом між двома електродами буде служити фосфатний буферний розчин. Вся система упакована в каркас з біорозчинність полімеру поліангідріда.

Параметри струму варіюють в залежності від матеріалу, використовуваного в катоді. Наприклад, на одному квадратному сантиметрі батарейки з магнієвим анодом (товщина 50 мікрометрів) і молібденовим катодом (товщина 8 мікрометрів) виробляється струм силою 2,4 мА. Після розчинення батарейка вивільняє 9 міліграмів магнію - всього в 2 рази більше, ніж після установки нових стентів для коронарних артерій.

Така концентрація, за словами Роджерса, просто не може викликати у пацієнта проблеми зі здоров`ям. Він каже: «Майже всі цеглинки нового елемента живлення вже готові для виробництва повноцінних біорозчинність імплантатів».

Всі версії можуть підтримувати стабільний струм протягом одного дня, але поки не більше. Команда сподівається поліпшити батарейки та істотно наростити потужність на одиницю маси, змінивши рельєф магнієвої поверхні і збільшивши площу електрода.

Автори вважають, що батарейка площею 0,25 квадратного сантиметра і завтовшки 1 мікрометр буде здатна живити якийсь імплантований сенсор протягом доби.

У польових умовах

Такі пристрої можуть знайти застосування в багатьох областях.

Наприклад, вони стануть в нагоді для харчування численних сенсорів, які використовує влада і екологи для замірів різних параметрів навколишнього середовища - грунту, і навіть океанських вод. Такі сенсори разом з батарейками, зробивши свою справу, просто розчиняться в океані без шкоди для екології.

Малі розміри - це найбільший плюс винаходу. Маленька стопка таких батарейок дає напругу 1,6 В - досить, щоб живити якийсь світлодіод або генерувати радіосигнал.

Магнієві батарейки не є єдиним рішенням сучасної науки. Торік експерт з біоматеріалів Крістофер Беттінгер (Christopher Bettinger) з Університету Карнегі-Меллон у Піттсбурзі (Пенсільванія, США) представив їстівну натрій-іонну батарею з електродами з меланінового пігменту. Але команда Роджерса повідомляє, що їх магнієва батарейка має кращі показники на одиницю площі і працює довше.

Боренштейн сподівається, що подальші роботи над обома типами елементів дозволять без проблем живити перспективні імплантуються пристрої, які відстежують показники пацієнта або в потрібний момент вводять йому препарати (наприклад, протисудомні засоби в момент нападу).