Ученые разработали бумажную батарею, которую можно проглатывать вместе с медицинским устройством. Она способна обеспечивать электроэнергией приборы внутри организма, а затем постепенно разрушается. Пока технологию испытали только на свиньях: батареи работали до трех суток.
В будущем такое решение может позволить использовать временные устройства в желудочно-кишечном тракте без операции по извлечению обычного элемента питания. Подобные приборы применяют для обнаружения кровотечений, доставки лекарств и стимуляции отдельных тканей или органов. Профессор электротехники и вычислительной техники Университета Мэриленда Реза Годсси, не участвовавший в исследовании, назвал разработку перспективной.
Результаты работы опубликованы 21 сентября в журнале Nature Chemical Engineering. Батарея состоит из нескольких слоев: отрицательный электрод сделан из магниевого сплава, положительный содержит триоксид молибдена и активированный углерод, а между ними находится биоразлагаемый электролит. Основой тонкой пористой конструкции служат целлюлозные нанофибриллы, которые одновременно повышают прочность и помогают контролировать разрушение материала.
Чтобы батарея не распадалась слишком быстро под воздействием желудочной кислоты, ее покрыли пчелиным воском. В некоторых вариантах добавляли также слой канделильского воска, получаемого из пустынного кустарника Euphorbia antisyphilitica. В лаборатории компактная версия выдавала около 1,77 вольта и имела емкость 2 миллиампер-часа на квадратный сантиметр, а более крупная — около 1,84 вольта и до 3,5 миллиампер-часа.
Прототипы поместили в капсулы, напечатанные на 3D-принтере, и ввели свиньям через эндоскоп. Меньшая батарея питала беспроводную метку RFID (радиочастотной идентификации), установленную в пищеводе: она связывалась с приемником на расстоянии до 1,5 метра и помогала фиксировать проглатывание лекарства. Более мощный вариант обеспечивал работу капсулы, стимулировавшей желудок электрическими импульсами и повышавшей уровень гормона грелина без видимых повреждений тканей.
По мере разрушения напряжение батарей снижалось, однако обе версии сохраняли работоспособность до трех дней. Электронная плата стимуляционной капсулы не разложилась и вышла из организма естественным путем, тогда как сама батарея и ее биоразлагаемые компоненты распались. Исследователям еще предстоит сделать срок работы более предсказуемым, стандартизировать производство и адаптировать покрытие для функционирования от нескольких часов до нескольких суток; первый клинический эксперимент с RFID-системой может начаться примерно через два года.