211service.com
Biologisch afbreekbare batterijen om slimme medische apparaten van stroom te voorzien
Batterijen gemaakt van pigmenten in inktvisinkt kunnen leiden tot eetbare, oplosbare energiebronnen voor nieuwe soorten medische apparaten. Onderzoekers onder leiding van materiaalwetenschapper Carnegie Mellon University Christopher Bettinger demonstreerde de nieuwe batterij. In plaats van lithium en giftige elektrolyten die heel goed werken maar niet biocompatibel zijn, hebben we gekozen voor eenvoudige materialen van biologische oorsprong, zegt Bettinger.
Conventionele batterijmaterialen zijn niet veilig in het lichaam, tenzij ze zijn ingepakt in omvangrijke beschermende koffers die uiteindelijk operatief moeten worden verwijderd. Elektronica die kan worden ingeslikt of in het lichaam kan worden geïmplanteerd zonder schade aan te richten, kan wondgenezing en ziekteprogressie volgen, medicijnen afgeven en gevoeligere neurale en cardiovasculaire sensoren en stimulatoren mogelijk maken.
Het prototype natriumionbatterij van de CMU-onderzoekers gebruikt melanine uit inktvisinkt voor de anode en mangaanoxide als kathode. Alle materialen in de batterij vallen uiteen in niet-toxische componenten in het lichaam.
De CMU-groep werkt aan eetbare elektronica die als pillen kan worden ingeslikt. Met deze elektronische medicijnen kunnen artsen gevoelige eiwitgeneesmiddelen - die normaal gesproken in de maag worden vernietigd - oraal toedienen in plaats van door injectie. Dit zou therapieën zoals medicijnen tegen artritis die momenteel intraveneus in het ziekenhuis moeten worden gegeven, veel gemakkelijker kunnen maken. Slimme pillen, zegt Bettinger, kunnen sensoren en circuits dragen en medicijnen afgeven pas nadat ze de barre omgeving van de maag zijn gepasseerd en de darm hebben bereikt, waar de medicijnen in het lichaam zouden worden opgenomen. Eetbare elektronica kan ook door atleten worden gebruikt om hun lichaamstemperatuur en andere lichaamsgegevens te controleren.
De melaninebatterijen komen niet overeen met de prestaties van lithium-ionbatterijen, maar dat hoeft ook niet om nuttig te zijn, zegt Bettinger, die werd genoemd als een van de MIT Technology Review 's 35 vernieuwers onder de 35 in 2011. De prototypes, beschreven in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences , leveren momenteel voldoende stroom om eenvoudige sensoren te laten werken. Bettinger zegt dat ze werken aan het verbeteren van hun vermogen en opslagcapaciteit door te experimenteren met verschillende vormen van melanine.
De groep van Bettinger is niet de eerste die elektronische pillen voorstelt. Een paar bedrijven, waaronder Olympus, maken al capsules met camera's; maar dit soort systemen, die traditionele elektronische en optische componenten gebruiken om het spijsverteringsstelsel in beeld te brengen, kunnen niet regelmatig worden ingeslikt, zegt Bettinger.
Een ander bedrijf, Proteus Digitale Gezondheid uit Palo Alto, Californië, maakt een systeem voor persoonlijke gezondheidsmonitoring met pillen die zijn bevestigd met digitale identificatietags. Een kleine chip die een identificatienummer opslaat, is ingeklemd tussen twee metaalfolies die fungeren als een gedeeltelijke batterij die de chief technology officer van het bedrijf, Mark Zdeblick , noemt een biogalvanische cel. Wanneer de pil wordt ingeslikt, komen de metalen in contact met ionen in de maag, waardoor het apparaat wordt geactiveerd door stroom tussen de metaalfolies te laten vloeien. De chip moduleert de stroom die tussen de metalen folies vloeit om een zwak elektrisch veld te produceren dat wordt waargenomen door een pleister die door de patiënt wordt gedragen. Hierdoor kunnen mensen en medische professionals controleren wanneer ze hun medicijnen innemen.
John Rogers , een materiaalwetenschapper die biologisch afbreekbare elektronica maakt aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, zegt dat er meer vermogen nodig zal zijn voor meer geavanceerde eetbare en implanteerbare elektronica, en een manier om dat te voorzien is met volle batterijen zoals die van Bettinger.
Rogers werkt ook aan biologisch afbreekbare batterijen voor medisch gebruik. In een paper dat zal worden gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen , beschrijft zijn team batterijen die zijn gemaakt van de oplosbare metalen en sporenelementen magnesium en molybdeen. Biologisch afbreekbare batterijen, zegt Rogers, zullen apparaten die het lichaam binnengaan in staat stellen om de wondgenezing te bewaken, indien nodig therapie af te geven en vervolgens op natuurlijke wijze te verdwijnen nadat de wond volledig is genezen, waardoor onnodige belasting van het lichaam wordt geëlimineerd.