211service.com
Biologiskt nedbrytbara batterier för att driva smarta medicinska apparater
Batterier gjorda av pigment som finns i bläckfiskbläck kan leda till ätbara, upplösbara kraftkällor för nya typer av medicinsk utrustning. Forskare ledda av Carnegie Mellon Universitys materialforskare Christopher Bettinger demonstrerade det nya batteriet. Istället för litium och giftiga elektrolyter som fungerar riktigt bra men inte är biokompatibla, valde vi enkla material av biologiskt ursprung, säger Bettinger.
Konventionella batterimaterial är inte säkra inuti kroppen om de inte är inneslutna i skrymmande skyddsfodral som så småningom måste avlägsnas kirurgiskt. Elektronik som antingen kan sväljas eller implanteras i kroppen utan att orsaka skada kan övervaka sårläkning och sjukdomsprogression, frigöra läkemedel och möjliggöra känsligare nerv- och kardiovaskulära sensorer och stimulatorer.
Prototypen av natriumjonbatteri från CMU-forskarna använder melanin från bläckfiskbläck för anoden och manganoxid som katod. Allt material i batteriet bryts ner till giftfria komponenter i kroppen.
CMU-gruppen arbetar med ätbar elektronik som kan sväljas som piller. Dessa elektroniska mediciner kan låta läkare leverera känsliga proteinläkemedel – som vanligtvis förstörs i magen – oralt snarare än genom injektion. Detta kan göra terapier som artritläkemedel som för närvarande måste ges intravenöst på sjukhuset mycket lättare att ta. Smarta piller, säger Bettinger, kunde bära sensorer och kretsar och släppa läkemedel först efter att de har passerat den hårda miljön i magen och nått tarmen, där läkemedlen skulle absorberas i kroppen. Ätbar elektronik kan också användas av idrottare för att övervaka sin kroppstemperatur och andra kroppsmått.
Melaninbatterierna matchar inte prestanda hos litiumjonbatterier, men det behöver de inte för att vara användbara, säger Bettinger, som utnämndes till en av MIT Technology Review 35 innovatörer under 35 år 2011 . Prototyperna, som beskrivs i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences , ger för närvarande tillräckligt med ström för att köra enkla sensorer. Bettinger säger att de arbetar för att förbättra sin effekt och lagringskapacitet genom att experimentera med olika former av melanin.
Bettingers grupp är inte först med att föreslå elektroniska piller. Ett fåtal företag, inklusive Olympus, tillverkar redan kapslar som innehåller kameror; men den här typen av system, som använder traditionella elektroniska och optiska komponenter för att avbilda matsmältningssystemet, kan inte sväljas regelbundet, säger Bettinger.
Ett annat företag, Proteus Digital Health i Palo Alto, Kalifornien, tillverkar ett personligt hälsoövervakningssystem som inkluderar piller fästa med digitala identifieringsetiketter. Ett litet chip som lagrar ett identifieringsnummer är inklämt mellan två metallfolier som fungerar som ett delbatteri som företagets tekniska chef, Mark Zdeblick , kallar en biogalvanisk cell. När p-piller sväljs kommer metallerna i kontakt med joner i magen, vilket aktiverar enheten genom att ström kan flyta mellan metallfolierna. Chipet modulerar strömmen som flyter mellan metallfolierna för att producera ett svagt elektriskt fält som avkänns av en lapp som bärs av patienten. Detta gör att människor och medicinsk personal kan övervaka när de tar sina droger.
John Rogers , en materialforskare som tillverkar biologiskt nedbrytbar elektronik vid University of Illinois i Urbana-Champaign, säger att mer kraft kommer att krävas för mer sofistikerad ätbar och implanterbar elektronik, och ett sätt att tillhandahålla det är med fulla batterier som Bettingers.
Rogers arbetar också med biologiskt nedbrytbara batterier för medicinskt bruk. I en artikel som kommer att publiceras i tidskriften Avancerade material , beskriver hans team batterier gjorda av de upplösbara metallerna och spårmineralerna magnesium och molybden. Biologiskt nedbrytbara batterier, säger Rogers, kommer att möjliggöra enheter som går in i kroppen övervakar sårläkning, ger terapi vid behov och försvinner sedan naturligt efter att såret är helt läkt, vilket eliminerar onödig belastning på kroppen.