Биобатарейки для эндоскопии

Группа исследователей из университета Карнеги-Меллона, США сумела создать автономный источник питания, основываясь на биологических материалах. Батарея состоит из веществ, которые уже присутствуют в человеческом теле. Основным элементом является меланин – нерастворимый полимер, который содержится в коже, желудочно-кишечном тракте, радужной оболочке глаз и других тканях.

Микроскопический источник энергии полностью совместим с организмом человека, абсолютно безопасен, нетоксичен при эксплуатации и возможных поломках внутри тела. Его планируется использовать в эндоскопических пилюлях, микрокамерах, эндоскоп, сенсорах и прочем неинвазивном медицинском оборудовании нового поколения, которое используется для диагностики и лечения.

Биологическая батарея имеет небольшой вес и размеры. Масса устройства не превышает 2 грамм, а длина – 2 сантиметров. Такие габариты сводят к минимуму возможность задержки и «застревания» капсулы в желудочно-кишечном тракте.

Биобатарея гарантирует, что даже если миниатюрное устройство останется в теле пациента, то никаких побочных эффектов не будет. Руководитель проекта говорит: «Микроскопические батарейки не представляют собой ничего нового. Сейчас в эндоскопии используют автономные источники света, которые надо выводить из организма. Если они часто используются или остаются в организме, то могут нанести вред».

Батарейка работает на основе меланина. Химическая структура соединения идеально подходит для передачи энергии. Например, основная функция меланина в коже абсорбировать ультрафиолетовые лучи и нейтрализовать токсические ионы, свободные радикалы. Свойство меланина связывать ионы использовали для переноса электрического заряда.

В ходе разработки ученые столкнулись со сложностями выбора конфигурации меланинового электрода и материала для анода.Руководитель проекта говорит: «Если неправильно использовать меланин или неподходящий тип катиона, то уровень производительности падает. Только благодаря глубокому пониманию строения и функций меланина в биологических тканях, мы создали автономный источник питания необходимой мощности».

В ходе экспериментов было отобрано несколько веществ, которые могли быть материалом для анода. К наиболее многообещающим химическим веществам отнесли магний, натрий, фосфат титана и меди. В конце концов, был выбран магний из-за лучшего соотношения заряда к массе, что обеспечивает более высокую емкость батареи. Кроме того, меланиновый электрод более эффективно реагирует с ионами магния. В качестве электролита использовался желудочный сок (соляная кислота) с дистиллированной водой.

Исследователи уже создали биобатарейку в 3.7 Вольта – напряжение, которое аналогично стандартному автономному литиево-ионному источнику питания. Согласно проведенным экспериментам, 600 мг меланина вырабатывает 5 мВт электричества за 18 часов.

Сейчас ученые разрабатывают батарейку на 10 мВт электричества, которая подходит для всех типов медицинского оборудования. В перспективе – разработка автономного источника энергии на основе пектина.

Бренды