211service.com
Biologisk nedbrydelige batterier til at drive smarte medicinske enheder
Batterier fremstillet af pigmenter, der findes i blæksprutteblæk, kan føre til spiselige, opløselige strømkilder til nye former for medicinsk udstyr. Forskere ledet af materialeforsker fra Carnegie Mellon University Christopher Bettinger demonstreret det nye batteri. I stedet for lithium og giftige elektrolytter, der fungerer rigtig godt, men som ikke er biokompatible, valgte vi simple materialer af biologisk oprindelse, siger Bettinger.
Konventionelle batterimaterialer er ikke sikre inde i kroppen, medmindre de er indkapslet i omfangsrige beskyttende etuier, der til sidst skal fjernes kirurgisk. Elektronik, der enten kan sluges eller implanteres i kroppen uden at forårsage skade, kan overvåge sårheling og sygdomsprogression, frigive medicin og aktivere mere følsomme neurale og kardiovaskulære sensorer og stimulatorer.
Prototypen af natrium-ion-batteriet fra CMU-forskerne bruger melanin fra blæksprutteblæk til anoden og manganoxid som katode. Alle materialer i batteriet nedbrydes til ugiftige komponenter i kroppen.
CMU-gruppen arbejder på spiselig elektronik, der kan sluges som piller. Disse elektroniske lægemidler kunne lade læger levere følsomme proteinlægemidler - som normalt ødelægges i maven - oralt i stedet for ved injektion. Dette kan gøre behandlinger såsom gigtmedicin, der i øjeblikket skal gives intravenøst på hospitalet, meget nemmere at tage. Smarte piller, siger Bettinger, kunne bære sensorer og kredsløb og frigive medicin først, efter at de har passeret det barske miljø i maven og nået tarmen, hvor stofferne ville blive absorberet i kroppen. Spiselig elektronik kan også bruges af atleter til at overvåge deres kropstemperatur og andre kropsmålinger.
Melanin-batterierne matcher ikke ydeevnen af lithium-ion-batterier, men det behøver de ikke for at være nyttige, siger Bettinger, der blev udnævnt til en af MIT Technology Review 's 35 innovatører under 35 i 2011. Prototyperne, beskrevet i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences , giver i øjeblikket strøm nok til at køre simple sensorer. Bettinger siger, at de arbejder på at forbedre deres strømudgang og lagerkapacitet ved at eksperimentere med forskellige former for melanin.
Bettingers gruppe er ikke den første til at foreslå elektroniske piller. Nogle få virksomheder, herunder Olympus, fremstiller allerede kapsler, der indeholder kameraer; men den slags systemer, som bruger traditionelle elektroniske og optiske komponenter til at afbilde fordøjelsessystemet, kan ikke sluges regelmæssigt, siger Bettinger.
Et andet firma, Proteus Digital Health fra Palo Alto, Californien, laver et personligt helbredsovervågningssystem, der inkluderer piller påført digitale identifikationsmærker. En lille chip, der gemmer et identifikationsnummer, er klemt mellem to metalfolier, der fungerer som et delvist batteri, som virksomhedens teknologichef, Mark Zdeblick , kalder en biogalvanisk celle. Når pillen sluges, kommer metallerne i kontakt med ioner i maven, hvilket aktiverer enheden ved at lade strøm flyde mellem metalfolierne. Chippen modulerer strømmen, der flyder mellem metalfolierne for at producere et svagt elektrisk felt, der registreres af et plaster, som bæres af patienten. Dette giver folk og læger mulighed for at overvåge, hvornår de tager deres stoffer.
John Rogers , en materialeforsker, der laver biologisk nedbrydelig elektronik ved University of Illinois i Urbana-Champaign, siger, at der vil være behov for mere strøm til mere sofistikeret spiselig og implanterbar elektronik, og en måde at levere det på er med fulde batterier som Bettingers.
Rogers arbejder også på biologisk nedbrydelige batterier til medicinsk brug. I et papir, der vil blive offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer , hans team beskriver batterier lavet af de opløselige metaller og spormineraler magnesium og molybdæn. Bionedbrydelige batterier, siger Rogers, vil gøre det muligt for enheder, der går ind i kroppen, at overvåge sårheling, levere terapi efter behov og derefter naturligt forsvinde, efter at såret er fuldstændig helet, og derved eliminere unødvendig belastning af kroppen.