Revoluție în medicină: bateria care se înghite alimentează dispozitivele medicale

Noua tehnologie ar putea alimenta temporar dispozitive medicale folosite în interiorul tractului gastrointestinal. Acestea pot detecta hemoragii, administra medicamente sau stimula electric anumite țesuturi și organe.

Spre deosebire de bateriile convenționale, noul prototip este realizat din materiale concepute să se degradeze treptat în organism, fără să lase fragmente periculoase. Astfel, bateria nu ar mai trebui recuperată după utilizare.

Rezultatele cercetării au fost publicate în revista științifică „Nature Chemical Engineering”, potrivit Live Science.

O baterie subțire, construită din mai multe straturi

Bateriile utilizate în prezent pentru dispozitivele medicale ingerabile au două probleme importante: dimensiunea și necesitatea izolării componentelor potențial periculoase pentru țesuturi.

Pentru a evita aceste riscuri, cercetătorii au construit o baterie din materiale care se descompun progresiv în mediul acid al sistemului digestiv.

Anodul, terminalul negativ al bateriei, este realizat dintr-un aliaj de magneziu. Catodul conține trioxid de molibden și carbon activ, iar între cele două componente se află un electrolit biodegradabil, care permite producerea curentului electric.

Structura subțire și poroasă, asemănătoare hârtiei, a fost obținută cu ajutorul nanofibrilelor de celuloză.

Potrivit lui Giovanni Traverso, coautor al studiului și director al Laboratory for Translational Engineering de la MIT, acest material îi oferă bateriei rezistență, menține producția de energie și permite controlarea procesului de degradare.

Ceara de albine protejează bateria de acidul gastric

Pentru ca bateria să nu fie distrusă imediat de acidul din stomac, cercetătorii au acoperit prototipurile cu ceară de albine. Unele variante au primit și un strat de ceară de candelilla, care le-a prelungit durata de funcționare.

Grosimea și compoziția învelișului de ceară pot controla cât timp rămâne activă bateria înainte de a începe să se descompună.

Echipa a realizat două variante. Cea mai mică încape într-o capsulă obișnuită de gelatină și a produs o tensiune de aproximativ 1,77 volți, suficientă pentru aparate electronice cu un consum redus.

Varianta mai mare a furnizat aproximativ 1,84 volți și a avut o capacitate maximă de 3,5 miliamperi-oră.

Performanțele trebuie însă îmbunătățite. Reza Ghodssi, profesor la University of Maryland care nu a participat la cercetare, estimează că bateria ar deveni mult mai promițătoare dacă ar putea avea o capacitate de aproximativ zece ori mai mare.

Prototipurile au funcționat până la trei zile în organism

În timpul experimentelor, bateriile au fost introduse în capsule realizate cu ajutorul unei imprimante 3D și administrate porcilor printr-un endoscop.

Ambele variante au continuat să producă energie timp de până la trei zile. Tensiunea și capacitatea au scăzut însă treptat, pe măsură ce materialele au început să se degradeze.

Bateria mai mică a alimentat o etichetă experimentală RFID amplasată în esofag. Sistemul a comunicat fără fir cu un receptor aflat la o distanță de până la 1,5 metri și le-a permis cercetătorilor să identifice momentul în care animalul înghițea un medicament.

Prototipul mai mare a alimentat o capsulă care stimula electric stomacul. În urma experimentului, nivelul de grelină, hormon implicat în apariția senzației de foame, a crescut. Oamenii de știință nu au observat leziuni ale țesuturilor din zona stimulată.

Dispozitivul nu a fost complet biodegradabil

Deși bateria s-a descompus, placa electronică folosită pentru stimularea stomacului nu a fost realizată din materiale bioresorbabile. Aceasta a traversat tractul digestiv și a fost eliminată natural de animale.

John Rogers, specialist în bioelectronică la Northwestern University, consideră că toate componentele viitoarelor dispozitive ar trebui să fie biodegradabile. O asemenea soluție ar reduce riscul ca o piesă electronică să rămână blocată în organism.

Primele teste pe oameni ar putea începe peste doi ani

Cercetarea se află într-o etapă experimentală. Oamenii de știință trebuie să controleze mai precis atât perioada de funcționare a bateriei, cât și momentul în care începe degradarea.

În timpul testelor au fost observate diferențe de performanță între prototipuri, provocate de contactul dintre straturi, distribuirea electrolitului și grosimea învelișului de ceară.

Echipa încearcă să standardizeze procesul de fabricație și să producă baterii care să funcționeze, în funcție de necesități, de la câteva ore până la câteva zile.

Giovanni Traverso estimează că primul studiu clinic al sistemului RFID ar putea începe peste aproximativ doi ani. Până atunci, tehnologia nu poate fi