- Миниатюрно акумулаторче за диагностика с напрежение до 0,65 V ще е направено от храна
- Като си свърши работата, или излиза по естествен път, или се разгражда напълно
Чували ли сте за ядлива батерия, която може да се разхожда из тялото, без да причинява проблеми? E, скоро ще има такава!
За разработката съобщиха група учени от Лабораторията за молекулярна електроника към Италианския технологичен институт (IIT) в сп. Advanced Materials. От няколко години италианският екип проучва “електронния” потенциал и свойствата на храната и нейните производни с идеята, че определени храни могат да играят ролята на компоненти в миниатюрна енергийна верига и така да станат част от модерна електроника.
Крайната цел е да бъдат улеснени медицинските процедури, извършвани в човешкото тяло, без вредни странични ефекти. Накратко – ядливата батерия ще съдържа съставки, които са част от всекидневната диета на човек и са напълно съвместими с организма, съобщават учените. Ниското напрежение, с което ще работи, ще е напълно достатъчно за кратки изследвания, след което тя ще се “смила” заедно с храната.
Повечето устройства за поглъщане, използвани за диагностика сега, не са напълно безопасни
Един от най-съществените проблеми, които имат, е начинът на захранване. Батериите, които сe използват, за да придвижват някое устройство в човешкото тяло, често съдържат токсични материали, които, ако се заклещят някъде, могат да създадат сериозни проблеми. Затова при използването на такива устройства за поглъщане се налага медицинско наблюдение. Това, разбира се, е свързано с по-високи разходи.
Така учените стигат до извода, че за да могат електронните устройства за диагностика да се поглъщат безопасно, се нуждаят от
ядливи източници на енергия
Да се създадат източници на енергия, годни за консумация, не е чак толкова лесна задача. Затова всеки пробив се посреща с надежда.
Италианските учени предлагат използването на рибофлавин и кверцетин, както и активен въглен – все широко разпространени хранителни добавки.
Рибофлавинът играе ролята на анод (положителен полюс на батерията), а кверцетинът – на катод (отрицателен полюс). Електропроводимостта се подобрява от активен въглен и електролит на водна основа. Своеобразните “електроди” се капсулират в пчелен восък. Така се произвежда напълно годна за консумация батерия, способна да захранва малки електронни устройства.
Съставките са добре познати на експертите по хранене и са напълно безвредни за човешкия организъм. Рибофлавинът е витамин, съдържащ се в гъбите шийтаке. Кверцетинът е антиоксидант, който обикновено се съдържа в каперсите. Разделителят за предотвратяване на късо съединение може да бъде направен от водораслите нори, често използвани за производство на суши.
Екипът смята, че батерията може да работи с 0,65 V, поддържайки ток от 48 µA за 12 минути. Тези показатели са напълно достатъчни, за да поддържат малка електроника, включително ядивни модули, в рамките на една алтернативна стомашно-чревна процедура например. Идеята е устройството с размер на хапче да бъде оборудвано с pH-сензор.
Идеята за електроника, която може да се поглъща, не е нещо ново. Тя възниква през 50-те години на миналия век. Тогава обаче учените не се фокусират върху “двигателя” на устройството, а върху облицовката, която трябва да е здрава и непробиваема, докато то си свърши работата. След това тялото трябва да може да го изхвърли, за да няма поражения.
До одобряването на първата поглъщаема цифрова система, която е способна да се разтваря в тялото, минава доста дълго време. И тогава обаче остава един малък силиконов чип, който трябва да бъде изхвърлен. Но ако това не стане, питат се учените.
Така се ражда идеята за ядивна електроника, която използва еднократни и безвредни материали, лесни и безопасни за смилане.
Един от първите прототипи на ядливи батерии
е създаден от изследователи от университета “Карнеги Мелън” през 2016 г. Тогава те предложиха да се употребяват материали, които се срещат естествено в тялото и са напълно безвредни за него. Съобщиха, че като ключов компонент на своя прототип на батерия са използвали меланиновите пигменти, които се намират в кожата, косата и очите. Меланинът може да играе ролята както на анод така и на катод, а доброкачественият метал магнезий може да образува втория полюс в батерията. Водната течност в стомашно-чревния тракт играе ролята на електролит.
Цялата “структура” е капсулирана в желатин. Ако някакво непредвидено обстоятелство я спре да напусне тялото на пациента, тя ще се разгради безвредно, след като работата ѝ приключи - обикновено около 20 часа, след като е погълната. Според екипа батерия, която използва 600 милиграма меланин като катод, може да захрани 5-миливатово устройство за около 18 часа.
Учените припомниха, че освен тези електрически свойства меланинът има и защитна функция в тялото, тъй като абсорбира UV светлината и предпазва от свободни радикали. Освен това е в състояние да се свързва и разединява с метални йони, което го прави идеален кандидат за батериен материал. Същият екип съобщи, че работи и върху ядливи батерии, които съдържат пектин.
Идеята на италианския екип за микроелектронни устройства, направени от хранителни материали, които са напълно годни за консумация и хората могат безопасно да усвояват, предлага обещаващо надграждане. Тя е и по-лесна за осъществяване, защото предлага използването на съставки, които са естествена част от храната.
Ядливата електроника е бързо разрастваща се област,
която обещава напредък в диагностиката и лечението. Целта е да се произведат устройства от хранителни съставки, които се усвояват лесно от организма и се изхвърлят също толкова лесно, без да причиняват проблеми. Това може да елиминира много от недостатъците на електронните устройства за поглъщане, използвани в момента, смятат изследователите.
Ядливите електронни устройства могат да бъдат особено полезни за по-безопасно наблюдение и по-лесна диагностика на стомашно-чревния тракт, както и за лечение и контрол на качеството на храните.
Засега най-широко разпространените методи за изследване на стомаха са традиционни диагностични техники като гастроскопия и колоноскопия. Те обаче са инвазивни и често причиняват страдание на пациентите. За разлика от тях медицинските устройства за поглъщане ще разчитат на по-малко инвазивни процедури.
Създаването на ядивни батерии изпълва с надежда не само медицинските специалисти. Благодарение на високото ниво на безопасност те могат да се използват и в детски играчки, където съществува много висок риск от поглъщане.
