Съедобные батарейки проверили на свиньях

В Массачусетском технологическом институте разработан биоразлагаемый электрохимический элемент питания медицинских устройств внутри организма. Новинку проверили на свиньях, с результатами чего можно ознакомиться в журнале Nature Chemical Engineering. «Бумажная съедобная» батарейка показала неплохие параметры — и не причинила подопытным животным никакого вреда.

Обычные батарейки могут быть опасны — они содержат токсичные вещества, которые в случае нарушения целостности элемента могут вызвать химический ожог, объясняет профессор Джованни Траверсо, руководивший исследованием. «В выборе материалов мы были сильно ограничены», — говорит он.

Электроды гальванического элемента выполнили из магния и триоксида молибдена. И то, и другое — микроэлементы, полезные в небольших количествах. При этом площадь поверхности нужно максимизировать. «Отчасти нас вдохновили конфеты в съедобной рисовой обертке», — признается ученый.

Поэтому катод сделали пористым - из целлюлозных нановолокон, пропитанных оксидом молибдена. В качестве электролита взяли биоразлагаемую ионную жидкость вместо буферного солевого раствора, показавшего в некоторых прежних конструкциях биосовместимых источников питания неудовлетворительные результаты.

Не менее важным стало корпусирование — материал должен быть прочным, безопасным и с хорошими диэлектрическими свойствами. Батарейку залили пчелиным воском, дополнительно укрепив его добавкой канделильского воска — во избежание преждевременного растворения в желудке.

«Съедобный» элемент проверили сначала в жидкости, имитирующей желудочный сок. При нагреве до 37 °C он начал разлагаться в течение двух недель, а полностью растворился через несколько месяцев. Продолжительность работы составила от трех до семи дней в зависимости от конфигурации с пиковой ЭДС на холостом ходу до 1,84 В, под нагрузкой напряжение снижалось до 1,6 В.

Затем батарейки поместили в желатиновые капсулы вместе с RFID-меткой и скормили свиньям. Работу устройства проверили, поймав излучаемые изнутри хрюшек радиосигналы. А устройство электростимуляции, помещенное в желудки свиней через эндоскоп, вызывало рост уровня гормона голода грелина.

Траверсо и его коллеги — не первые, кто создал биоразлагаемую батарейку. Один из самых ранних примеров был описан в 2014 году материаловедом Джоном Роджерсом из Северо-Западного университета. В Университете Цинхуа в том же направлении работает материаловед Инь Лань.

По словам Инь, производительность бумажной батарейки сопоставима с другими биоразлагаемыми батарейками, которые разрабатывает ее группа и другие. Роджерс, в свою очередь, называет желудочно-кишечный тракт особенно сложной средой для электроники. Желудочный сок очень кислый, его pH у людей может доходить до 1. «Это пугает», — признается исследователь.

Траверсо и его команда уже намерены выйти на клинические испытания с людьми как можно быстрее. Перспективы есть: в качестве задела в капсулах оставили до 75% пустого места для электроники и препаратов — например биоразлагаемых RFID-устройств для доставки лекарств и отслеживания их приема. «Мы надеемся, что у первых пациентов они появятся меньше чем через два года», — заключает ученый.

Съедобную аккумуляторную батарейку создали в Италии

Ультразвук вместо розеток: ученые научились заряжать устройства сквозь воду и кожу

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX