Elektronické prístroje na neustále sledovanie zdravia pacienta sú v modernej medicíne veľmi žiadané. Tieto implantáty môžu byť vyrobené z úplne bezpečných materiálov a signalizujú prepätia v hladinách cukru v krvi, krvnom tlaku alebo vzhľade imunitnej odpovede na lieky.
Napriek dlhodobému výkonu bude potrebné tieto zariadenia niekedy zlikvidovať. Zjavné riešenie problému - chirurgické odstránenie implantátu - zjavne nie je najlepšie, pretože každý takýto zákrok bude bolestivý a niekedy nebezpečný.
Preto veľa skupín bioinžinierov na celom svete vyvíja prístroje zabudované do tela, ktoré by sa mohli po dátume exspirácie samostatne rozpustiť a odstrániť z tela.
„Vytvorenie takýchto implantátov je veľkým krokom vpred. Až donedávna nedošlo vo vývoji rozpustných biomedicínskych prístrojov k žiadnemu pokroku, “hovorí spoluautor Jeffrey Borenstein z laboratória Draper Laboratory v Massachusetts v USA.
V roku 2012 predstavil Borensteinov kolega, vedec pre materiály John Rogers z University of Illinois a jeho skupina, sériu biologicky odbúrateľných kremíkových čipov schopných riadiť teplotu alebo mechanickú deformáciu, prenášať informácie do zariadení mimo tela (napríklad do počítača alebo smartfónu) a dokonca aj zahrievať telesné tkanivá. aby sa zabránilo infekcii. Niektoré z týchto čipov boli napájané indukčnými cievkami na zabezpečenie bezdrôtového napájania z externých zdrojov.
Ale bezdrôtový prenos energie nie je príliš vhodný pre podkožné implantáty, ktoré je niekedy potrebné vkladať do hlbokých vrstiev tkaniva alebo dokonca pod kosť. Okrem toho sú komponenty týchto zariadení veľmi zložité a ťažkopádne. Po preskúmaní týchto problémov Rogers a jeho tím vytvorili optimalizované plne biologicky odbúrateľné batérie, ktoré dopĺňajú existujúce zariadenia.
Inžinieri použili ako anódy horčíkovú fóliu a pre katódy platňu zo železa, molybdénu alebo volfrámu. Všetky tieto kovy sa v tele pomaly rozpúšťajú a ich ióny v nízkych koncentráciách sú biokompatibilné.
Elektrolytom medzi dvoma elektródami je tlmivý roztok fosforečnanu sodného. Všetky tieto zložky sú tiež balené v biologicky odbúrateľnom polyméri, polyanhydride.
Propagačné video:
Ako je uvedené v článku publikovanom v časopise Advanced Materials, prúdová intenzita zariadenia sa môže líšiť v závislosti od použitého kovu v katóde. Napríklad článok s plochou jedného štvorcového centimetra s 50 mikrometrom silnou horčíkovou anódou a 8 mikrometrom hrubou molybdénovou katódou dáva 2,4 miliampérov.
Po rozpustení batéria uvoľní menej ako 9 miligramov horčíka. (Foto z University of Illinois)
Po rozpustení batéria uvoľní menej ako 9 miligramov horčíka, čo je zhruba dvojnásobok stentu koronárnej artérie horčíka, ktorý bol úspešne testovaný v klinických štúdiách. Takéto koncentrácie nemusia podľa Rogersa spôsobovať problémy.
Zatiaľ sú všetky verzie biologicky odbúrateľného zariadenia schopné fungovať v tele 24 hodín, avšak inžinieri už pracujú na zvýšení potenciálnej životnosti produktivity. Dúfajú tiež v zvýšenie hustoty energie úpravou povrchu horčíkovej fólie. Veľký povrch zvýši reaktivitu materiálu. Podľa predbežných odhadov autorov štúdie je batéria s veľkosťou 0,25 štvorcového centimetra a hrúbkou iba jedného mikrometra celkom schopná napájať subkutánny senzor počas dňa.
Upozorňujeme, že Rogersov vývoj je potenciálnym konkurentom projektu Christophera Bettingera: tento použil kožný pigment melanín na vytvorenie anód pre maximálnu bezpečnosť bioakumulátora. Porovnávacia analýza napriek tomu ukázala, že magnéziové anódové batérie Rogers sú rovnako bezpečné, ale majú vyššiu hustotu energie a dlhšiu životnosť, čo znamená, že vyhrávajú.
Borenstein dodáva, že akékoľvek také zariadenia sa dajú použiť nielen na biomedicínske monitorovanie a dodávku liekov, ale napríklad aj ako senzory na nepretržité hodnotenie stavu životného prostredia. Odbúrateľné senzory je možné umiestniť do oceánu, kde monitorujú stupeň kontaminácie a na konci svojej životnosti sa takmer bez stopy rozpustia.