Dispozitivele electronice pentru monitorizarea constantă a sănătății pacientului sunt la mare căutare în medicina modernă. Aceste implanturi pot fi realizate din materiale complet sigure și indică creșteri ale nivelului de zahăr din sânge, tensiune arterială sau apariția unui răspuns imun la medicamente.
În ciuda performanțelor pe termen lung, astfel de dispozitive vor trebui eliminate într-o zi. Soluția evidentă a problemei - îndepărtarea chirurgicală a implantului - nu este în mod clar cea mai bună, deoarece orice astfel de intervenție va fi dureroasă și uneori periculoasă.
Prin urmare, multe grupuri de bioingineri din întreaga lume dezvoltă dispozitive care sunt încorporate în corp, care ar putea să se dizolve independent și să fie excretate din corp după data de expirare.
„Crearea unor astfel de implanturi este un mare pas înainte. Până nu demult, nu s-au înregistrat progrese în dezvoltarea dispozitivelor biomedicale solubile”, spune co-autorul Jeffrey Borenstein de la Draper Laboratory din Massachusetts, SUA.
În 2012, omul de știință al colegului lui Borenstein, John Rogers, de la Universitatea din Illinois și grupul său, au prezentat o serie de cipuri de siliciu biodegradabile capabile să controleze temperatura sau deformarea mecanică, să transmită informații către dispozitive din afara corpului (spre computer sau smartphone, de exemplu) și chiar să încălzească țesuturile corpului. pentru a preveni infectarea. Unele dintre aceste cipuri au fost alimentate de bobine de inducție pentru a furniza energie wireless din surse externe.
Dar transmisia wireless a energiei nu este foarte potrivită pentru implanturile subcutanate, care uneori trebuie plasate în straturi adânci de țesut sau chiar sub os. În plus, componentele pentru astfel de dispozitive sunt foarte complexe și greoaie. După investigarea acestor probleme, Rogers și echipa sa au creat baterii optimizate complet biodegradabile pentru a completa dispozitivele existente.
Inginerii au folosit folie de magneziu ca anodi și o placă de fier, molibden sau tungsten pentru catoduri. Toate aceste metale se vor dizolva încet în corp, iar ionii lor în concentrații scăzute sunt biocompatibili.
Electrolitul dintre cei doi electrozi este un tampon de fosfat de sodiu. Toate aceste componente sunt, de asemenea, ambalate într-un polimer biodegradabil, polianhidrură.
Video promotional:
După cum sa raportat într-un articol publicat în revista Advanced Materials, amperajul dispozitivului poate varia în funcție de metalul utilizat în catod. De exemplu, o celulă cu o suprafață de un centimetru pătrat cu un anod de magneziu gros de 50 micrometri și un catod de molibden gros de 8 micrometri dă 2,4 miliamperi.
Odată dizolvată, bateria eliberează mai puțin de 9 miligrame de magneziu. (Foto de Universitatea din Illinois)
Odată dizolvată, o astfel de baterie eliberează mai puțin de 9 miligrame de magneziu, care este aproximativ dublu față de stentul de arteră coronariană de magneziu care a fost testat cu succes în studiile clinice. Astfel de concentrații nu pot cauza probleme, a spus Rogers.
Până în prezent, toate versiunile dispozitivului biodegradabil sunt capabile să funcționeze în organism timp de 24 de ore, dar inginerii lucrează deja pentru a crește durata de viață potențială a productivității. Ei speră, de asemenea, să crească densitatea energetică prin modificarea suprafeței foliei de magneziu. Suprafața mare va crește reactivitatea materialului. Conform estimărilor preliminare ale autorilor studiului, o baterie de 0,25 centimetri pătrați și doar un micrometru grosime este destul de capabilă să alimenteze un senzor subcutanat în timpul zilei.
Rețineți că dezvoltarea lui Rogers este un potențial concurent la proiectul lui Christopher Bettinger: acesta din urmă a folosit melanina pigmentară a pielii pentru a crea anodii pentru siguranța maximă a bioacumulatorului. Cu toate acestea, analiza comparativă a arătat că bateriile cu anod de magneziu ale lui Rogers sunt la fel de sigure, dar au o densitate mai mare de energie și o durată de viață mai lungă, ceea ce înseamnă că câștigă.
Borenstein adaugă că orice astfel de dispozitive pot fi utilizate nu numai pentru monitorizarea biomedicală și livrarea medicamentelor, ci și, de exemplu, ca senzori pentru a evalua continuu starea mediului. Senzorii degradabili pot fi amplasați în ocean, unde monitorizează gradul de contaminare, iar la sfârșitul vieții lor se vor dizolva aproape fără urmă.
