Elektronički uređaji za stalno praćenje zdravlja pacijenta vrlo su traženi u modernoj medicini. Ovi implantati mogu se izraditi od potpuno sigurnih materijala i signaliziraju porast razine šećera u krvi, krvnog tlaka ili pojavu imunološkog odgovora na lijekove.
Unatoč dugotrajnim performansama, takvi će uređaji jednog dana morati biti zbrinuti. Očito rješenje problema - kirurško uklanjanje implantata - očito nije najbolje, jer će svaka takva intervencija biti bolna i ponekad opasna.
Stoga mnoge skupine bioinženjera širom svijeta razvijaju uređaje koji su ugrađeni u tijelo, a koji bi se mogli neovisno otopiti i ukloniti iz tijela nakon isteka roka valjanosti.
„Stvaranje takvih implantata velik je korak naprijed. Do nedavno nije bilo napretka u razvoju topivih biomedicinskih uređaja”, kaže koautor Jeffrey Borenstein iz Draper Laboratorija u Massachusettsu, SAD.
2012. godine Borensteinov kolega znanstvenik za materijale John Rogers sa Sveučilišta Illinois i njegova skupina predstavili su seriju biorazgradivih silicijskih čipova sposobnih za kontrolu temperature ili mehaničke deformacije, prijenos informacija na uređaje izvan tijela (na primjer na računalo ili pametni telefon), pa čak i zagrijavanje tjelesnih tkiva. kako bi se spriječila infekcija. Neki od tih čipova napajali su se indukcijskim zavojnicama koje su pružale bežično napajanje iz vanjskih izvora.
Ali bežični prijenos energije nije baš prikladan za potkožne implantate, koje ponekad treba postaviti u duboke slojeve tkiva ili čak ispod kosti. Osim toga, komponente za takve uređaje vrlo su složene i glomazne. Nakon istrage ovih problema, Rogers i njegov tim stvorili su optimizirane potpuno biorazgradive baterije kao dodatak postojećim uređajima.
Inženjeri su koristili magnezijevu foliju kao anode, a ploču željeza, molibdena ili volframa za katode. Svi ovi metali polako će se otapati u tijelu, a njihovi ioni u malim koncentracijama su biokompatibilni.
Elektrolit između dviju elektroda je natrijev fosfatni pufer. Sve ove komponente također su pakirane u biorazgradivi polimer, polihidrid.
Promotivni video:
Kao što je objavljeno u članku objavljenom u časopisu Advanced Materials, jačina struje uređaja može varirati ovisno o metalu koji se koristi u katodi. Na primjer, stanica s površinom od jednog kvadratnog centimetra s magnezijevom anodom debelom 50 mikrometara i molibdenovom katodom debelom 8 mikrometara daje 2,4 miliampera.
Jednom se otopi, baterija oslobađa manje od 9 miligrama magnezija. (Fotografija sa Sveučilišta Illinois)
Jednom se otopi, takva baterija oslobađa manje od 9 miligrama magnezija, što je približno dvostruko više od stenta za koronarne arterije magnezija koji je uspješno testiran u kliničkim ispitivanjima. Takve koncentracije možda neće stvarati probleme, rekao je Rogers.
Do sada su sve verzije biorazgradivog uređaja sposobne funkcionirati u tijelu tijekom 24 sata, ali inženjeri već rade na povećanju potencijalnog vijeka produktivnosti. Također se nadaju da će povećati gustoću energije modificiranjem površine magnezijeve folije. Velika površina povećat će reaktivnost materijala. Prema preliminarnim procjenama autora studije, baterija od 0,25 kvadratnih centimetara i samo jedan mikrometar sasvim je sposobna napajati potkožni senzor tijekom dana.
Imajte na umu da je Rogersov razvoj potencijalni konkurent projektu Christophera Bettingera: potonji je koristio kožni pigment melanin za stvaranje anoda za maksimalnu sigurnost bioakumulatora. Bez obzira na to, usporedna analiza pokazala je da su Rogersove magnezijeve anodne baterije jednako sigurne, ali imaju veću gustoću energije i duži vijek trajanja, što znači da pobjeđuju.
Borenstein dodaje da se bilo koji takvi uređaji mogu koristiti ne samo za biomedicinsko praćenje i isporuku lijekova, već i, na primjer, kao senzori za kontinuiranu procjenu stanja okoliša. Razgradljivi senzori mogu se smjestiti u ocean, gdje nadgledaju stupanj onečišćenja, a na kraju svog života otopit će se gotovo bez traga.
