Elektroonilised seadmed patsiendi tervise pidevaks jälgimiseks on kaasaegses meditsiinis väga nõutavad. Neid implantaate saab valmistada täiesti ohututest materjalidest ja signaali tõusu veresuhkru tasemest, vererõhust või immuunvastuse ilmnemisest ravimitele.
Vaatamata pikaajalisele jõudlusele tuleb sellised seadmed kunagi utiliseerida. Ilmselgelt pole probleemi ilmne lahendus - implantaadi kirurgiline eemaldamine - parim, kuna selline sekkumine on valus ja mõnikord ohtlik.
Seetõttu töötavad paljud bioinseneride rühmad üle kogu maailma kehasse sisseehitatud seadmeid, mis võiksid pärast aegumiskuupäeva kehast iseseisvalt lahustuda ja eemaldada.
“Selliste implantaatide loomine on suur samm edasi. Alles hiljuti pole lahustuvate biomeditsiiniliste seadmete väljatöötamisel edusamme tehtud,”ütleb kaasautor Jeffrey Borenstein USA-s Massachusettsis asuvas Draperi laboris.
2012. aastal tutvustas Borensteini kolleeg Illinoisi ülikooli materjaliteadlane John Rogers ja tema rühm biolagunevaid ränikiipe, mis on võimelised reguleerima temperatuuri või mehaanilisi deformatsioone, edastama teavet kehavälistele seadmetele (näiteks arvutisse või nutitelefoni) ja isegi keha kudesid kuumutama. nakkuse vältimiseks. Mõni neist kiibidest oli varustatud induktsioonpoolidega, mis tagasid traadita toite välistest allikatest.
Kuid traadita energia edastamine ei ole eriti sobiv nahaaluste implantaatide jaoks, mis tuleb mõnikord asetada sügavatesse koekihtidesse või isegi luu alla. Lisaks on selliste seadmete komponendid väga keerukad ja kohmakad. Pärast nende probleemide uurimist on Rogers ja tema meeskond loonud olemasolevate seadmete täiendamiseks optimeeritud täielikult biolagunevad patareid.
Insenerid kasutasid anoodidena magneesiumfooliumi ja katoodide jaoks rauda, molübdeeni või volframi plaati. Kõik need metallid lahustuvad kehas aeglaselt ja nende madalate kontsentratsioonide ioonid on biosobivad.
Elektrolüüt kahe elektroodi vahel on naatriumfosfaatpuhver. Kõik need komponendid on pakendatud ka biolagunevasse polümeerisse polüanhüdriidi.
Reklaamvideo:
Nagu ajakirjas Advanced Materials avaldatud artiklis öeldud, võib seadme voolutugevus varieeruda sõltuvalt katoodis kasutatavast metallist. Näiteks ühe ruutsentimeetri suurune lahter koos 50 mikromeetri paksuse magneesiumanoodi ja 8 mikromeetri paksuse molübdeenkatoodiga annab 2,4 milliamprit.
Pärast lahustumist eraldab aku vähem kui 9 milligrammi magneesiumi. (Foto Illinoisi ülikoolist)
Pärast lahustumist eraldab aku vähem kui 9 milligrammi magneesiumi, mis on umbes kahekordne magneesiumist pärgarteri stent, mida on kliinilistes uuringutes edukalt testitud. Selline kontsentratsioon ei pruugi probleeme tekitada, ütles Rogers.
Siiani on kõik biolaguneva seadme versioonid võimelised kehas 24 tundi töötama, kuid insenerid töötavad juba praegu tootlikkuse potentsiaalse eluea pikendamise nimel. Samuti loodavad nad suurendada energia tihedust, muutes magneesiumfooliumi pinda. Suur pindala suurendab materjali reaktiivsust. Uuringu autorite esialgsete hinnangute kohaselt on 0,25 ruutsentimeetri ja ainult ühe mikromeetri paksune aku päeva jooksul nahaaluse anduri toitmiseks üsna võimeline.
Pange tähele, et Rogersi arendus on potentsiaalne konkurent Christopher Bettingeri projektile: viimane kasutas anoodide loomiseks nahapigmenti melaniini bioakumulaatori maksimaalse ohutuse tagamiseks. Sellegipoolest näitas võrdlev analüüs, et Rogersi magneesiumanoodpatareid on sama ohutud, kuid nende energiatihedus on suurem ja eluiga pikem, mis tähendab, et nad võidavad.
Borenstein lisab, et kõiki selliseid seadmeid saab kasutada lisaks biomeditsiinilisele jälgimisele ja ravimite kohaletoimetamisele ka näiteks sensoritena keskkonnaseisundi pidevaks hindamiseks. Lagunevaid andureid saab paigutada ookeani, kus nad jälgivad saastatuse määra, ja elu lõpul lahustuvad peaaegu jäljetult.
