Bateria që gëlltitet dhe shpërbëhet në trup: zbulimi i ri.

Një bateri që mund të futet në trup dhe më pas të zhduket

Një nga problemet më të pazakonta të pajisjeve mjekësore të gëlltitshme është pikërisht ai që zakonisht harrohet: nga vjen energjia?

Një kapsulë elektronike mund të ketë sensorë, komunikim pa tel ose elemente që stimulojnë një organ, por të gjitha këto kërkojnë energji.

Studiues nga Massachusetts Institute of Technology kanë zhvilluar një bateri të re bioresorbueshme, e ndërtuar pjesërisht mbi një material të ngjashëm me letrën dhe e projektuar që të funksionojë për një periudhë të kufizuar brenda trupit përpara se të shpërbëhet.

Rezultatet u publikuan më 21 shtator në Nature Chemical Engineering. Deri tani, teknologjia është testuar te derrat, jo te njerëzit.

Pse bateritë normale janë problem brenda trupit?

Pajisjet e gëlltitshme po bëhen gjithnjë e më interesante për mjekësinë.

Ato mund të përdoren për:

matjen e parametrave biologjikë;
monitorimin e traktit gastrointestinal;
gjurmimin e marrjes së barnave;
shpërndarjen e trajtimeve;
stimulimin elektrik të indeve;
komunikimin e të dhënave nga brenda trupit.

Por një bateri konvencionale nuk është projektuar që të tretet në sistemin tretës.

Bateritë alkaline dhe litium-jon përmbajnë materiale që nuk janë të përshtatshme për t’u lënë të shpërbëhen brenda organizmit. Nëse kapsula dëmtohet, ekziston edhe rreziku i rrjedhjes së materialeve të baterisë. Për këtë arsye, pajisjet duhet të mbrohen me struktura të forta — të cilat më pas duhet të dalin nga trupi ose të hiqen.

Këtu fillon ideja e ekipit të studiuesit Giovanni Traverso.

Në vend që bateria të jetë një komponent që duhet të mbetet jashtë trupit ose të nxirret më pas, pse të mos projektohet që të funksionojë për aq kohë sa duhet dhe pastaj të shpërbëhet?

Pse “letra e orizit”?

Emri “paper battery” mund të tingëllojë sikur kemi të bëjmë me një fletë letre të zakonshme.

Nuk është kështu.

Studiuesit përdorën një strukturë me bazë celuloze si pjesë të paketimit të baterisë. Ideja u frymëzua pjesërisht nga letra e orizit që përdoret si mbështjellës i produkteve ushqimore, sepse një material i tillë mund të shpërbëhet gradualisht në kushte biologjike.

Për të kontrolluar sa shpejt bateria ekspozohet ndaj lëngjeve të stomakut, studiuesit përdorën edhe shtresa dylli.

Pra, dizajni nuk është thjesht:

letër + energji.

Është një sistem i kombinuar:

elektroda + elektrolit + shtresë mbështetëse + mbrojtje e kontrolluar ndaj mjedisit të trupit.

Çfarë ka brenda baterisë?

Bateria përdor materiale të zgjedhura me synimin që të jenë të përshtatshme për një sistem bioresorbues.

Elektrodat përfshijnë:

magnez;
trioksid molibdeni (MoO₃).

Për elektrolit përdoret një lëng jonik i biodegradueshëm.

Paketimi përdor materiale me bazë celuloze, ndërsa dylli ndihmon në ngadalësimin e degradimit kur bateria ndodhet në mjedisin e stomakut.

Bateria arriti një tension maksimal prej rreth 1.84 volt.

Ky nuk është një burim energjie për një smartphone.

Dhe nuk është ky qëllimi.

Objektivi është furnizimi i pajisjeve shumë të vogla elektronike që kërkojnë energji relativisht të kufizuar dhe vetëm për një periudhë të caktuar.

Testi i parë: një pajisje që komunikon nga brenda trupit

Studiuesit e përdorën baterinë për të furnizuar një RFID tag.

Në eksperimentin me derrat, pajisja u vendos në traktin tretës dhe bateria i dha energji sistemit për komunikim pa tel.

Një marrës i jashtëm ishte në gjendje të komunikonte me etiketën nga rreth 1.5 metra larg. Sinjali mund të përdorej edhe për të dalluar nëse kapsula kishte hyrë në trup.

Kjo hap një mundësi interesante për pajisjet e ardhshme.

Një kapsulë e gëlltitshme mund të mos ketë nevojë vetëm të “masë” diçka.

Ajo mund të:

mbledhë të dhëna → furnizohet përkohësisht → transmetojë të dhënat → shpërbëhet.

Nëse teknologjia zhvillohet më tej, kjo mund të jetë veçanërisht interesante për pajisjet e monitorimit të përkohshëm.

Testi i dytë ishte edhe më interesant

Në eksperimentin tjetër, bateria furnizoi një pajisje që mund të jepte stimulim elektrik në stomak.

Pajisja funksionoi për rreth 20 minuta në eksperimentin e stimulimit dhe studiuesit nuk raportuan dëmtime të dukshme të indeve të lidhura me stimulimin.

Në këtë eksperiment u mat edhe ndryshimi i hormonit ghrelin, i cili lidhet me urinë dhe rregullimin e oreksit. Sipas raportimit mbi studimin, nivelet u rritën mesatarisht me rreth 36.3%, me një rritje maksimale rreth 50% në fund të stimulimit.

Por ky rezultat nuk do të thotë se kemi një trajtim të ri për kontrollin e oreksit te njerëzit.

Eksperimenti ishte preklinik dhe u krye te kafshët.

Kjo është një dallim shumë i rëndësishëm.

Bateria funksionoi deri në tre ditë te derrat

Në testet në stomakun e derrave, bateria vazhdoi të funksiononte deri në rreth tre ditë, ndërsa tensioni dhe dendësia e energjisë ranë gradualisht me kalimin e kohës.

Kjo është pikërisht ajo që studiuesit duan nga një burim energjie i përkohshëm.

Një pajisje mjekësore mund të mos ketë nevojë për energji për muaj ose vite.

Nëse qëllimi është një matje disaorëshe ose disa ditore, një bateri që zhduket pas përdorimit mund të jetë më e përshtatshme sesa një bateri konvencionale që duhet të mbrohet dhe më pas të largohet.

“Bioresorbueshme” nuk do të thotë thjesht “biodegraduese”

Këtu ka një dallim të rëndësishëm terminologjik.

Biodegradueshme zakonisht i referohet një materiali që shpërbëhet përmes proceseve biologjike.

Bioresorbueshme nënkupton një material të projektuar që të shpërbëhet dhe produktet e tij të mund të përpunohen ose absorbohen nga organizmi.

Për një pajisje mjekësore, kjo është shumë më kërkuese.

Nuk mjafton që një komponent të zhduket.

Duhet të dihet:

çfarë substancash krijohen;
në çfarë sasie;
sa shpejt krijohen;
ku përfundojnë;
nëse shkaktojnë inflamacion;
nëse janë toksike;
dhe sa gjatë qëndrojnë në organizëm.

Prandaj siguria afatgjatë mbetet një nga pyetjet kryesore për këtë teknologji.

Ende nuk është një pajisje për njerëzit

Ky është ndoshta detaji më i rëndësishëm për lexuesin.

Bateria nuk është aktualisht një produkt mjekësor për përdorim te njerëzit.

Eksperimentet e raportuara janë preklinike dhe janë kryer te derrat. Studiuesit duhet të verifikojnë më tej sigurinë, qëndrueshmërinë dhe mënyrën se si materialet përpunohen nga trupi përpara se të mendohet për përdorim klinik.

Ekziston edhe një kufizim tjetër.

Në eksperimentin me pajisjen e stimulimit elektrik, jo çdo komponent ishte bioresorbues. Pllaka elektronike e qarkut nuk u shpërbë dhe u nxor nga organizmi përmes traktit tretës.

Pra, bateria është vetëm një pjesë e problemit.

Që një pajisje e ardhshme të jetë vërtet e përkohshme dhe të mos lërë mbetje elektronike, duhet që edhe komponentët e tjerë të kenë një rrugë të sigurt degradimi ose eliminimi.

Ku mund të përdoret në të ardhmen?

Nëse teknologjia kalon me sukses testet e mëtejshme, mund të ketë disa aplikime.

1. Sensorë të përkohshëm

Një sensor mund të gëlltitet, të monitorojë një parametër biologjik për disa orë ose ditë dhe më pas të mos ketë më nevojë të hiqet.

2. Monitorimi i marrjes së barnave

Një kapsulë mund të transmetojë informacion për të konfirmuar se një medikament është marrë dhe ka kaluar në traktin gastrointestinal.

3. Stimulim elektrik

Pajisje të vogla mund të japin stimulim të kontrolluar në një organ për një periudhë të kufizuar.

4. Pajisje të personalizuara

Në vend që një pacient të ketë një pajisje që qëndron përgjithmonë në trup, disa ndërhyrje mund të përdorin elektronikë që janë të dizajnuara për të funksionuar vetëm për kohën e nevojshme.

Këto janë aplikime të mundshme, jo produkte klinike të disponueshme sot.

Pse kjo është më shumë se një “bateri letre”?

Sepse problemi që po zgjidhet nuk është vetëm energjia.

Është arkitektura e pajisjeve mjekësore të përkohshme.

Sot, kur një pajisje elektronike duhet të funksionojë brenda trupit, inxhinierët duhet të mendojnë njëkohësisht për:

energjinë + elektronikën + paketimin + sigurinë + eliminimin nga trupi.

Bateria e re tregon se këto elemente mund të projektohen me një filozofi tjetër:

pajisja nuk duhet domosdoshmërisht të jetë e përhershme për të qenë e dobishme.

Në disa raste, jetëgjatësia e kufizuar mund të jetë avantazh.

Sfida e radhës: ta bësh të gjithë pajisjen të zhduket

Studiuesit kanë një objektiv edhe më ambicioz.

Jo vetëm bateria.

E gjithë pajisja.

Nëse bateria mund të shpërbëhet, por sensori, çipi ose pllaka elektronike mbeten, problemi nuk është zgjidhur plotësisht.

Kjo do të thotë se fusha e ardhshme e kërkimit mund të jetë zhvillimi i:

qarqeve bioresorbueshme;
sensorëve që treten pas përdorimit;
antenave të përkohshme;
materialeve elektronike që absorbohen nga trupi;
kapsulave që kontrollojnë me saktësi kohën e funksionimit.

Kjo do të ishte një hap drejt asaj që mund të quhet elektronikë e përkohshme brenda trupit.

Çfarë ndodh tani?

Para se të shohim një pajisje të tillë në farmaci ose spital, duhen kaluar disa etapa:

teste me më shumë kafshë;
vlerësim i sigurisë afatgjatë;
kontroll i produkteve të degradimit;
optimizim i jetëgjatësisë së baterisë;
zhvillim i komponentëve të tjerë bioresorbues;
dhe më pas, nëse rezultatet justifikojnë kalimin në njerëz, prova klinike.

Pra, lajmi i sotëm nuk është se “u shpik bateria që mund ta gëlltisim nesër”.

Lajmi është se një komponent kritik i pajisjeve mjekësore të gëlltitshme po fillon të projektohet që nga fillimi për të mos mbetur përgjithmonë në trup.

Faktet vs. analiza jonë

Faktet e dokumentuara:
Studiuesit zhvilluan një bateri bioresorbueshme me bazë celuloze, me magnez dhe trioksid molibdeni si pjesë të sistemit elektrokimik. Bateria arriti deri në 1.84 V dhe u testua te derrat për të furnizuar një RFID tag dhe një pajisje për stimulim elektrik të stomakut. Në stomak, bateria funksionoi deri në rreth tre ditë.

Kufizimi kryesor:
Studimi është preklinik. Nuk është demonstruar ende siguria dhe efektiviteti i kësaj teknologjie te njerëzit. Disa komponentë të pajisjeve të testuara nuk ishin bioresorbues.

Analiza jonë:
Rëndësia e teknologjisë qëndron më pak te “bateria prej letre” dhe më shumë te ideja e krijimit të elektronikës mjekësore që mund të funksionojë për një kohë të caktuar dhe më pas të largohet nga trupi pa një ndërhyrje të veçantë.