A modern orvostudományban nagy szükség van a beteg egészségi állapotának folyamatos ellenőrzésére szolgáló elektronikus eszközökre. Ezek az implantátumok teljesen biztonságos anyagokból és a vércukorszint, a vérnyomás vagy a gyógyszerekre adott immunválasz megjelenéséből adódnak.
A hosszú távú teljesítmény ellenére az ilyen eszközöket egyszer el kell dobni. A probléma nyilvánvaló megoldása - az implantátum műtéti eltávolítása - egyértelműen nem a legjobb, mivel minden ilyen beavatkozás fájdalmas és néha veszélyes.
Ezért a világ számos biomérnök-csoportja olyan eszközöket fejleszt, amelyek beépülnek a testbe, amelyek önállóan feloldódhatnak és a lejárati idő után kiürülhetnek a testből.
„Az ilyen implantátumok létrehozása nagy előrelépés. Egészen a közelmúltig nem történt előrelépés az oldható orvosbiológiai eszközök fejlesztésében.”- mondja Jeffrey Borenstein társszerző, az amerikai Massachusetts-i Draper Laboratory.
2012-ben Borenstein munkatársa, John Rogers, az Illinois-i Egyetem anyagtudósa és csoportja egy sor biológiailag lebontható szilícium-forgácsot mutatott be, amelyek képesek szabályozni a hőmérsékletet vagy a mechanikai deformációt, információkat továbbítani a testen kívüli eszközökhöz (például számítógéphez vagy okostelefonhoz), sőt a test szöveteit is felmelegítik. a fertőzés megelőzésére. Ezen chipek egy részét indukciós tekercsek táplálták, hogy vezeték nélküli energiát biztosítsanak külső forrásokból.
De a vezeték nélküli energiaátvitel nem nagyon alkalmas a szubkután implantátumokhoz, amelyeket néha mély szövetrétegekben vagy akár a csont alatt kell elhelyezni. Ezenkívül az ilyen eszközök alkatrészei nagyon összetettek és nehézkesek. Miután megvizsgálta ezeket a kérdéseket, Rogers és csapata optimalizált, teljesen biológiailag lebomló elemeket készített a meglévő eszközök kiegészítésére.
A mérnökök anódként magnéziumfóliát, a katódokhoz pedig vaslemezt, molibdént vagy volfrámot használtak. Mindezek a fémek lassan feloldódnak a testben, és alacsony koncentrációjú ionjaik biokompatibilisek.
A két elektróda közötti elektrolit nátrium-foszfát puffer. Mindezek az összetevők biológiailag lebontható polimerbe, polianhidridbe vannak csomagolva.
Promóciós videó:
Amint arról az Advanced Materials folyóiratban megjelent cikkben beszámoltunk, az eszköz áramerőssége a katódban használt fémtől függően változhat. Például egy centiméteres négyzet alakú cella, 50 mikrométer vastag magnézium anóddal és 8 mikrométer vastag molibdén katóddal 2,4 milliampert ad.
Feloldódása után az akkumulátor kevesebb mint 9 milligramm magnéziumot szabadít fel. (Fotó: University of Illinois)
Feloldódása után az akkumulátor kevesebb mint 9 milligramm magnéziumot szabadít fel, ami körülbelül kétszerese a magnézium koszorúér-sztentnek, amelyet sikeresen teszteltek a klinikai vizsgálatokban. Az ilyen koncentrációk nem okozhatnak problémát - mondta Rogers.
Eddig a biológiailag lebomló eszköz minden változata 24 órán keresztül képes a testben működni, de a mérnökök már dolgoznak a termelékenység potenciális élettartamának növelésén. Remélik az energia sűrűségének növelését is a magnéziumfólia felületének módosításával. A nagy felület növeli az anyag reakcióképességét. A tanulmány készítőinek előzetes becslései szerint 0,25 négyzetcentiméteres és csak egy mikrométer vastag akkumulátor képes napközben táplálni a szubkután érzékelőt.
Ne feledje, hogy Rogers fejlesztése potenciális versenytársa Christopher Bettinger projektjének: utóbbi a melanin bőr pigmentet használta az anódok létrehozására a bioakkumulátor maximális biztonsága érdekében. Az összehasonlító elemzés azonban azt mutatta, hogy Rogers magnézium-anód elemei ugyanolyan biztonságosak, de nagyobb az energiasűrűségük és hosszabb az élettartamuk, ami azt jelenti, hogy nyernek.
Borenstein hozzáteszi, hogy minden ilyen eszköz nemcsak biomedicinális nyomon követésre és gyógyszeradagolásra használható, hanem például érzékelőként is a környezet állapotának folyamatos felmérésére. Lebomló szenzorok elhelyezhetők az óceánban, ahol figyelemmel kísérik a szennyezettség mértékét, és életük végén szinte nyom nélkül feloldódnak.