Елена, 27.03.2014 с 0 комментариев

Биоразлагаемая батарея может растворяться в организме

Биологически разлагаемая, имплантируемая батарея может помочь в разработке новых биомедицинских устройств, которые будут следить за состоянием организма и помогать в назначении лечения до их растворения в организме после использования.

«Это действительно большой шаг вперед», — говорит Джеффри Боренштейн (Jeffrey Borenstein), инженер по биомедицинскому оборудованию Лаборатории Дрейпера в Массачусетсе. «До недавнего времени прогресса в области разработки биоразлагаемых устройств не наблюдалось».

В 2012 году материаловед Джон Роджерс (John Rogers) из университета Иллинойса представил ряд биоразлагаемых кремниевых чипов, способных контролировать температуру или механическую деформацию, передавать результаты внешним устройствам и даже разогревать ткани для предотвращения инфекции. Некоторые из этих чипов работали на индукционных катушках для обеспечения беспроводного питания от внешнего источника.

«Но беспроводная передача энергии проблематична для устройств, которые необходимо устанавливать глубоко в тканях или под костью», — говорит Боренштейн. Компоненты, которые получают энергию, также довольно сложны и занимают немало места. Для решения этой проблемы Роджерс и его коллеги создали полностью биоразлагаемую батарею.

В качестве анодов они использовали магниевую фольгу, а в качестве катодов – пластину из железа, молибдена или вольфрама. Все эти металлы будут медленно растворяться в организме, а их ионы в низких концентрациях являются биосовместимыми. Электролит между двумя электродами представляет собой натрий-фосфатный буфер, и вся эта система упакована в биоразлагаемый полимер, известный под названием полиангидрид.

«Сила тока и напряжение варьируют в зависимости от используемого в катоде металла. Ячейка в один квадратный сантиметр с магниевым анодом толщиной в 50 микрометров и молибденовым катодом толщиной в 8 микрометров вырабатывают ток в 2,4 миллиампера. После растворения батарея выпускает менее 9 миллиграммов магния — примерно вдвое больше, чем магниевый стент для коронарной артерии, который был успешно протестирован в ходе клинических испытаний, и такие концентрации вряд ли могут вызвать проблемы в организме», — говорит Роджерс. По его словам, «почти все составные элементы уже готовы для создания биоразлагаемых имплантатов с автономным питанием».

Все версии биоразлагаемого устройства могут функционировать в организме чуть более суток, но не дольше. Группа разработчиков надеется увеличить плотность энергии батареи путем модификации поверхности магниевой фольги, что повысит реакционную способность материала. По оценкам авторов, батарея площадью 0,25 см² и толщиной всего в 1 микрометр вполне может питать беспроводной имплантируемый датчик в течение дня.

По словам Боренштейна, такие устройства могут быть применены не только для биомедицинского мониторинга и доставки лекарств, но и для контроля окружающей среды, например, для устранения нефтяных пятен. Разлагаемые датчики можно поместить в океан, где они будут следить за степенью загрязнения, а по истечении срока действия  они просто растворятся в океане.

Метки батарея, Биоразлагаемая, имплантанты, имплантат, исследования, лечение, передача энергии