Ученые создают съедобные батареи

29.08.2016 Просмотры: 326

Исследователи из Университета Карнеги-Меллон создают батареи, которые не только можно без страха глотать, но и не беспокоиться об их судьбе в вашем организме – они полностью растворяются, когда в них заканчивается энергия.

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 используют в разных целях: от диагностики болезней до их лечения.

Чтобы сделать батареи безопасными, ученые «заменили их потенциально токсические компоненты невредными материалами, дружественными для человеческого организма», – говорит Беттингер.

Ключевой ингредиент, используемый в создании электродов – меланин. Этот пигмент содержится в человеческой коже, глазах и волосах – его использование в батареях не может причинить вреда организму. Меланин поглощает ультрафиолет, защищая нас от вредного влияния свободных радикалов. Также пигмент может захватывать и высвобождать металлические ионы, что и обеспечило ему роль основы новых батарей.

Биорастворимая батарея помещается в желатиновую оболочку, напечатанную на 3D-принтере. Полученная капсула сможет обеспечить контролированную доставку и активацию медицинских средств, с ранее невозможной, точностью и безопасностью. После того, как таблетка 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 высвобождения лекарств и разнообразных химических веществ в нужное время и в нужном месте.

Батареи, созданные на основе меланина, имеют ограниченное время действия, но это не ограничивает их возможности, а скорее наоборот расширяет. Они созданы, чтобы подпитывать мощность устройства до 10 мВт на протяжении 10-20 часов. Этого времени достаточно для эффективной доставки лекарств или питания диагностических устройств. После того, как миссия будет выполнена, аккумуляторы должны незаметно для организма исчезнуть: здесь-то ограниченное время действия и играет им на руку.

«Мы должны думать о создании биологической замены всех продуктов из магазинов радиоэлектроники», – говорит профессор Беттингер.

Элементы питания используются в большом количестве медицинских девайсов, и всегда стоял вопрос относительно их токсичности и защищенности. К примеру, проглатываемые камеры, которые рассчитаны на одно или несколько использований, оснащаются вредными для организма аккумуляторами. Для безопасности, они помещены в специальные кейсы. Однако существует постоянная опасность, что этот кейс повредится во время установки камеры в теле человека.

Новые батареи сознательно избавлены от этого. Даже если желатиновая оболочка растворится преждевременно, батареи все равно будут исполнять свою функцию без вреда для организма.

«Такой же тип пигмента, к примеру, содержится в пасте с чернилом кальмара, так что если вы когда-либо ели это блюдо, то получили больше меланина, чем в наших батареях», – подчеркивает глава исследовательской группы.

В 2013 году ученый использовал чернило каракатицы, чтобы создать съедобные, растворимые источники энергии. В 2015 г. перешел к проглатываемым медицинским девайсам. Дальше он и его команда планируют экспериментировать с комбинированием съедобных полимеров, пектина и безопасных для организма металлов.