Команда под руководством ассистента профессора кафедры материаловедения и инженерии Кристофера Беттингера считает, что съедобные аккумуляторы могут быть использованы для обеспечения работы «съедобной электроники», которую медики применяют для разных целей: от диагностики болезней до их лечения.
Чтобы сделать батареи безопасными, ученые «заменили их потенциально токсичные компоненты безвредными материалами, дружественными человеческому организму», — говорит Беттингер.
Ключевой ингредиент, используемый в создании электродов — меланин. Этот пигмент содержится в человеческой коже, глазах и волосах — его использование в батареях не может нанести вред организму. Меланин поглощает ультрафиолет, защищая нас от вредного воздействия свободных радикалов. Также пигмент может захватывать и освобождать металлические ионы, что и обеспечило ему роль основы новых батарей.
Биоразлагаемая батарея помещается в желатиновую оболочку, напечатанную на 3D-принтере. Полученная капсула сможет обеспечить контролируемую доставку и активацию медицинских средств с ранее невозможной точностью и безопасностью. После того, как пилюля будет проглочена, батарея внутри нее вступает в контакт с ионами в пищеводе пациента, создавая электрический ток. «Съедобные» медицинские устройства смогут использовать создаваемое аккумулятором электрическое поле, чтобы запускать процесс освобождения лекарств и разнообразных химических веществ в нужное время и в нужном месте.
Натуральный пигмент меланин оказался отличным катодом для батарей
Кейсы
Батареи, созданные на основе меланина, имеют ограниченное время действия, но это не ограничивает их возможности, а скорее наоборот расширяет. Они созданы, чтобы подпитывать устройства мощностью до 10 миллиВатт на протяжении 10-20 часов. Этого времени достаточно для эффективной доставки и активации лекарств или питания диагностических устройств. После того как миссия выполнена, аккумуляторы должны незаметно для организма исчезнуть, тут-то ограниченное время действия и играет им на руку.
Элементы питания используются в большом количестве медицинских девайсов, и всегда стоял вопрос об их токсичности и защищенности. Например, проглатываемые камеры, рассчитанные на одно или несколько использований, оснащаются вредными для организма аккумуляторами. Для безопасности они помещаются в специальные кейсы. Тем не менее существует постоянная опасность, что этот кейс повредится во время установки камеры в теле человека.
Химики разработали литий-ионную батарею на основе витаминов
Идеи
Новые батареи заведомо лишены такой опасности. Даже если желатиновая оболочка растворится раньше времени, батареи все равно будут выполнять свою функцию без вреда для организма. «Такой же тип пигмента, например, содержится в пасте с чернилами кальмара, так что если вы когда-либо ели это блюдо, то в вас оказывалось куда больше меланина, чем в наших батареях», — развеивает опасения глава исследования.
«Мы должны думать о создании биологической замены всем продуктам из магазинов радиоэлектроники», — Говорит Беттингер. В 2013 году ученый использовал чернила каракатицы, чтобы создать съедобные, растворяющиеся источники энергии. В 2015 перешел к проглатываемым медицинским девайсам. Дальше он и его команда планируют экспериментировать с комбинированием съедобных полимеров, пектина и безопасных для организма металлов. Кристофер Беттингер активно ищет партнеров и единомышленников, людей которые найдут, как и где еще можно применять его разработку.