Учёные создали бумажную батарею, которую можно проглатывать и использовать для питания медицинских устройств внутри организма. После завершения работы она постепенно разрушается и не требует хирургического извлечения. Пока технологию испытали только на свиньях: батареи обеспечивали питание устройств в течение трёх дней.
Разработка предназначена для временных устройств, работающих в желудочно-кишечном тракте. Такие системы могут выявлять кровотечения, доставлять лекарства или стимулировать отдельные ткани и органы. О результатах исследования, опубликованных 21 сентября в журнале Nature Chemical Engineering, сообщил Live Science.
Батарея состоит из нескольких слоёв. Отрицательный электрод изготовлен из магниевого сплава, положительный содержит триоксид молибдена и активированный уголь, а между ними находится биоразлагаемый электролит, вырабатывающий электрический ток. В отличие от прежних прототипов, в новой конструкции использованы нановолокна целлюлозы, благодаря которым батарея стала тонкой, пористой и похожей на бумагу.
Компоненты постепенно растворяются в кислой среде желудочно-кишечного тракта и могут безопасно усваиваться организмом, не оставляя токсичных продуктов. Чтобы устройство не разрушалось слишком быстро в желудке, его покрыли пчелиным воском, а в некоторых вариантах добавили слой канделильского воска, получаемого из кустарника Euphorbia antisyphilitica. «Восковое покрытие — это не просто упаковка. Это ключевой элемент конструкции, который определяет срок функциональной работы», — сообщил соавтор исследования Джованни Траверсо, директор лаборатории трансляционной инженерии Массачусетского технологического института.
Исследователи изготовили две версии батареи, одна из которых помещалась в стандартную желатиновую капсулу. В лабораторных испытаниях небольшая модель выдавала около 1,77 вольта и имела ёмкость 2 миллиампер-часа на квадратный сантиметр, а более крупная — около 1,84 вольта и до 3,5 миллиампер-часа. По словам профессора электротехники и вычислительной техники Мэрилендского университета Резы Годсси, не участвовавшего в работе, ёмкость пока остаётся низкой: «Им нужно увеличить её на порядок, чтобы эта технология стала ещё более перспективной».
Прототипы поместили в капсулы, напечатанные на 3D-принтере, и ввели свиньям через эндоскоп. Меньшая батарея питала экспериментальную беспроводную радиочастотную метку, которая передавала сигнал при проглатывании животными лекарства на расстояние до 1,5 метра. Более мощная модель обеспечивала работу капсулы, стимулировавшей желудок электрическими импульсами и повышавшей уровень гормона грелина без видимого повреждения тканей. Батареи и биоразлагаемые детали разрушились, однако электронная плата не распалась и вышла из организма естественным путём; теперь команда работает над более точным управлением сроком службы, стандартизацией производства и подготовкой более длительных испытаний, а первое клиническое исследование радиочастотной системы может начаться примерно через два года.