Китайские ученые создали биоразлагаемое беспроводное устройство для приема и хранения энергии, которое может питать биоэлектронные имплантаты, например, полностью биоразлагаемые системы доставки лекарств, сообщает South China Morning Post.
Имплантируемые биоэлектронные системы — это, например, датчики мониторинга и имплантаты для доставки лекарств в организм пациента. Проблемой таких устройств являются модули питания. Хотя биоразлагаемые блоки питания существуют, их часто можно использовать только один раз, и они производят недостаточно энергии для биомедицинских применений. Они также могут вызывать воспаление, а заменять их нужно хирургическим путем.
Теперь ученые предложили беспроводную имплантируемую энергетическую систему. Она состоит из магниевой катушки, которая заряжает устройство, когда внешняя катушка помещается на кожу над имплантатом. Полученная энергия проходит через цепь и поступает в модуль накопления энергии, состоящий из суперконденсаторов с ионами цинка. Суперконденсаторы хранят энергию в виде электрической энергии, в отличие от обычных батарей, которые хранят энергию в химическом виде. Хотя суперконденсаторы хранят меньше энергии на единицу, они обладают высокой плотностью мощности, что позволяет постоянно выдавать большое количество энергии.
Прототип системы электропитания, внедренный в гибкий биоразлагаемый имплантат, похож на чип. Он объединяет сбор и хранение энергии в одном устройстве. Энергия проходит через схему непосредственно в подключенное биоэлектронное устройство, а также в суперконденсатор, где она хранится после завершения зарядки. Мягкая и гибкая конструкция позволяет устройству адаптироваться к форме тканей и органов.
Оптимальные концентрации цинка и магния делают растворимые имплантаты биосовместимыми. Все устройство заключено в полимер и воск, за счет чего оно гнется и скручивается в зависимости от структуры ткани, в которой оно находится.
Чтобы продемонстрировать работоспособность источника питания, исследователи соединили сложенные суперконденсаторы с приемной катушкой и биоразлагаемым устройством доставки лекарств и имплантировали его крысам с лихорадкой. В течение 12 часов наблюдений температура у грызунов без имплантатов была значительно выше, чем в группе с имплантатом.
Испытания устройства на крысах показали, что оно может эффективно работать до 10 дней и полностью растворяется в течение двух месяцев. Продолжительность времени, в течение которого устройство функционирует, можно изменить, настроив толщину и химический состав защитного слоя.
Существует проблема с включением и выключением устройства, так как оно останавливается только при исчерпании заряда. Но, используя контролируемый запуск зарядки, можно управлять длительностью работы устройства. Также у крыс, которым был введен незаряженный имплантат, было замечено некоторое пассивное высвобождение лекарства, так как температура в этой группе снизилась по сравнению с контрольной группой.
Тем не менее, в исследовании говорится, что представленный прототип — это важный шаг вперед в продвижении широкого спектра временных имплантируемых биоэлектронных устройств.
Ранее исследователи из Принстона разработали гибкого, легкого и энергоэффективного мягкого робота, который передвигается без использования ног или вращающихся частей. Смотрите, какие еще странные изобретения есть в сфере технологий:
