Електронните устройства за постоянно наблюдение на здравето на пациента са много търсени в съвременната медицина. Тези импланти могат да бъдат направени от напълно безопасни материали и сигнализират за повишаване на нивата на кръвната захар, кръвното налягане или появата на имунен отговор на лекарства.
Въпреки дългосрочната производителност, такива устройства ще трябва да се изхвърлят някой ден. Очевидното решение на проблема - хирургично отстраняване на импланта - очевидно не е най-доброто, тъй като всяка такава интервенция ще бъде болезнена и понякога опасна.
Затова много групи биоинженери по целия свят разработват устройства, които са вградени в тялото, които биха могли самостоятелно да се разтварят и да се отстраняват от тялото след изтичане срока на годност.
„Създаването на такива импланти е голяма крачка напред. Доскоро нямаше напредък в разработването на разтворими биомедицински устройства “, казва съавторът Джефри Боренщайн от лабораторията Draper в Масачузетс, САЩ.
През 2012 г. колегата на Боренщайн учен по материали Джон Роджърс от Университета на Илинойс и неговата група представиха серия от биоразградими силиконови чипове, способни да контролират температурата или механичната деформация, да предават информация на устройства извън тялото (например на компютър или смартфон) и дори да загряват телесните тъкани. за предотвратяване на инфекция. Някои от тези чипове се захранват от индукционни намотки за осигуряване на безжично захранване от външни източници.
Но безжичното предаване на енергия не е много подходящо за подкожни импланти, които понякога трябва да се поставят в дълбоки слоеве тъкан или дори под костта. Освен това компонентите за такива устройства са много сложни и тромави. След като разследваха тези проблеми, Роджърс и неговият екип създадоха оптимизирани напълно биоразградими батерии, за да допълнят съществуващите устройства.
Инженерите са използвали магнезиево фолио като аноди, а плоча от желязо, молибден или волфрам за катоди. Всички тези метали бавно ще се разтварят в тялото и техните йони в ниски концентрации са биосъвместими.
Електролитът между двата електрода е натриев фосфатен буфер. Всички тези компоненти също са опаковани в биоразградим полимер, полианхидрид.
Промоционално видео:
Както се съобщава в статия, публикувана в списанието Advanced Materials, силата на тока на устройството може да варира в зависимост от метала, използван в катода. Например клетка с площ от един квадратен сантиметър с магнезиев анод с дебелина 50 микрометра и молибденов катод с дебелина 8 микрометра дава 2,4 милиампера.
Веднъж разтворена, батерията отделя по-малко от 9 милиграма магнезий. (Снимка от Университета на Илинойс)
Веднъж разтворена, батерията освобождава по-малко от 9 милиграма магнезий, което е приблизително двойно повече от магнезиевия стент на коронарните артерии, който е успешно тестван в клинични проучвания. Подобни концентрации може да не създават проблеми, каза Роджърс.
Досега всички версии на биоразградимото устройство могат да функционират в тялото за 24 часа, но инженерите вече работят за увеличаване на потенциалния живот на производителността. Те също се надяват да увеличат енергийната плътност, като модифицират повърхността на магнезиевото фолио. Голямата повърхност ще увеличи реактивността на материала. Според предварителните оценки на авторите на изследването, батерия от 0,25 квадратни сантиметра и дебела само един микрометър е напълно способна да захранва подкожен сензор през деня.
Имайте предвид, че разработката на Роджърс е потенциален конкурент на проекта на Кристофър Беттингер: последният използва пигмента на кожата меланин, за да създаде анодите за максимална безопасност на биоакумулатора. Независимо от това, сравнителният анализ показа, че магнезиевите анодни батерии на Роджърс са също толкова безопасни, но имат по-висока енергийна плътност и по-дълъг живот, което означава, че печелят.
Боренщайн добавя, че всякакви такива устройства могат да се използват не само за биомедицински мониторинг и доставка на лекарства, но и например като сензори за непрекъсната оценка на състоянието на околната среда. Разградимите сензори могат да бъдат поставени в океана, където те следят степента на замърсяване и в края на живота си се разтварят почти без следа.