Проковтування батареї зазвичай є невідкладною медичною допомогою. Але що, якщо ви можете проковтнути медичний пристрій у своєму тілі, і він безпечно розчиниться після того, як це буде зроблено?
Дослідники розробили крихітну паперову батарею, яка може зробити це можливим. В експериментах зі свинями він використовував бездротовий пристрій, який відстежував проковтнуту капсулу, і інший, який доставляв електричну стимуляцію шлунку, викликаючи вироблення гормону, який регулює голод.
Акумулятор може забезпечувати енергією до трьох днів, перш ніж він поступово вийде з ладу та безпечно поглинеться організмом.
Внутрішня батарея
Медичні пристрої, які можна проковтнути, насправді не є новими. Лікарі вже використовують капсульні камери для огляду шлунково-кишкового тракту, а дослідники розробляють електронні пристрої, які контролюють стан здоров’я, доставляють ліки та електричну стимуляцію.
Але ці пристрої стикаються з фундаментальною проблемою: їм потрібна електрика.
Звичайні батареї можуть забезпечити такі потреби в електроенергії, але вони мають бути безпечними та біосумісними. Ці батареї небезпечні, якщо їх захисний корпус пошкоджений або якщо вони залишені в травному тракті. Деякі пристрої можуть збирати енергію від тіла або отримувати живлення бездротовим способом, але ці підходи підходять не для всіх застосувань.
Тож команда Массачусетського технологічного інституту потребувала батарею, яка могла б випустити електронну таблетку без звичайної батареї.
«Для багатьох систем, які ми розробляємо, нам потрібна електроенергія, і ми постачаємо систему різними способами», — говорить Джованні Траверсо, професор машинобудування Массачусетського технологічного інституту та гастроентеролог Бригама та жіночої лікарні.
«Зазвичай ми використовуємо батареї, тому постало питання: чи можемо ми розробити батарею, яка біологічно розсмоктується, а потім застосувати її в ряді областей застосування?»
Їхній підхід використовує магній для одного електрода та триоксид молібдену для іншого. Обидва речовини можуть розщеплюватися в організмі, а їх компоненти можуть засвоюватися в невеликих кількостях. Акумулятор також містить біогель, який дозволяє електричним частинкам рухатися між електродами для генерації електроенергії.
Акумулятор має структуру, схожу на папір, яка частково складається з целюлози, матеріалу, який надає рослинам міцність. Дослідників частково надихнули обгортки коричневого паперу, які використовували навколо деяких солодощів.
Отриманий пристрій може генерувати до 1,84 вольта, чого достатньо для живлення невеликих електронних компонентів. Дослідники розробили дві версії батареї: меншу круглу та більшу прямокутну.
Тоді настав час перевірити це.
Три дні живлення в шлунку
Акумулятор повинен виконувати дві, здавалося б, суперечливі функції. Він повинен проіснувати достатньо довго, щоб заповнити медичний пристрій, але з часом зруйнується, але не всередині тіла. Щоб перевірити цей баланс, дослідники спочатку піддали батарейки штучній шлунковій рідині.
Вони виявили, що захисне воскове покриття дозволяло батареям працювати приблизно три дні, перш ніж їх продуктивність почала знижуватися. Протягом наступних тижнів батареї поступово розпадалися.
Потім за допомогою спеціальних капсул і ендоскопічного обладнання команда помістила батареї в шлунки свиней. Батареї зберегли корисну електричну ємність після трьох днів у шлунках тварин.
Нарешті настав час перевірити, чи справді батареї можуть зробити щось корисне.
Корисна робота всередині шлунка
Проста програма для чогось подібного допоможе лікарям визначити, чи приймали пацієнти призначені їм ліки чи ні.
Тому Траверсо та його колеги вставили батарею в капсулу, що містить крихітний бездротовий пристрій відстеження, відомий як RFID-мітка. Мітка, що живиться від батареї, спілкується із зовнішнім зчитувачем, дозволяючи дослідникам визначити, коли капсула потрапила в травний тракт.
Під час експериментів зі свинями пристрій передавав сигнали через тіло тварини на зчитувач, розташований на відстані приблизно 1,5 метра. Зрештою це може дозволити лікарям підтвердити, що пацієнт проковтнув ліки, а не покладатися на самооцінку.
Дослідники також включили свою батарею в капсулу, яка призначена для доставки крихітних електричних імпульсів до стінки шлунка, щоб стимулювати почуття голоду.
Попередня робота показала, що електрична стимуляція шлунка може впливати на вивільнення греліну, гормону, який бере участь у регуляції почуття голоду. Це може допомогти людям із серйозною втратою апетиту, пов’язаною з такими захворюваннями, як рак або інші хронічні захворювання.
У нових експериментах капсула з батарейним живленням забезпечувала безперервну електричну стимуляцію протягом трьох днів. Коли дослідники використовували його для стимуляції шлунка свиней протягом 20 хвилин, рівень греліну в крові зріс на 50%. Акумулятор зробив свою справу.
Отже, коли ми почнемо бачити лікування?
Хоча цей підхід є багатообіцяючим і має кілька захоплюючих застосувань, він також має важливі обмеження.
Хоча сама батарея призначена для поглинання організмом, електронні системи, які з нею працюють, не є повністю біологічними. Капсула для стимуляції шлунка все ще містила звичайну плату, тоді як пристрій стеження використовував маленький електронний чіп. Ці компоненти повинні пройти через травну систему або бути замінені біологічними альтернативами.
Наразі технологію випробували на свинях, а не на людях. Потрібна додаткова робота для встановлення його безпеки, надійності та ефективності в мінливих умовах травного тракту людини.
Команда працює над клінічними випробуваннями технології відстеження, яку можна проковтнути, хоча ця батарея ще не є безпечною для використання людиною.
Але якщо цю технологію можна перенести на людей, електронні пігулки майбутнього зможуть стежити за нашим здоров’ям, лікувати нас і, зрештою, зникнути — роблячи трохи більше, ніж вони були розроблені.
Посилання на журнал: Say, MG et al. (2026). Біорезорбні батареї для портативної біоелектроніки. Хімічна інженерія природи.
