14.10.2017 | Устройство, работающее на кислоте желудка

Исследователи разработали проглатываемое устройство, которое использует медные и цинковые электроды для сбора энергии из желудочной жидкости. Они проверили капсулу на свиньях, чьи желудочно-кишечные тракты похожи на людей. Эта работа показывает целесообразность сбора энергии в течение нескольких дней от большого млекопитающего, которое перемещается и питается.

Новый уровень исследований

Мощность, собранная устройством, была достаточной для передачи измерений с бортового датчика температуры на приемник в нескольких метрах от животных. Устройство, работающее на кислоте желудка способно генерировать энергию в среднем на шесть дней - намного дольше, чем предыдущие устройства, которые способны собирать энергию в течение минут или часов. В более ранней пищевой электронике использовался магниевый анод, но команда ученых обнаружила, что аноды из цинка растворяются гораздо реже, что делает цинк более подходящим для долгосрочного использования. Авторы исследования продемонстрировали, что устройство может не только собирать энергию в сильнокислотном желудке, но и собирать небольшие количества энергии в тонком кишечнике, где рН ближе к нейтральному уровню. Они использовали версию устройства для измерения мощности, доступной как в желудке, так и в тонком кишечнике, что должно помочь исследователям улучшить будущую пищевую электронику.

Устройство капсулы

Цинк может реагировать как с кислотными, так и с базовыми растворами, поэтому в обеих средах цинк может работать для выработки электроэнергии. Конструкция капсулы, в которой анод цинка и медный катод свободно контактирует с желудочной жидкостью, также выгодна, поскольку нет опасности утечки. Обычно, если у вас есть батарея внутри корпуса, вы должны упаковать батарею с определенными материалами, которые являются инертными и герметизируют электроды и электролит внутри. В этом случае у вас может возникнуть утечка электролита в жидкость, которая является вредной или токсичной. Исследователи построили устройство из коммерчески доступных деталей, что привело к относительно большой капсуле, размером с тройную батарею. Вряд ли кто-то захочет проглотить 3,5-сантиметровую длинную капсулу диаметром 1,2 см. Это мега-таблетка, поэтому первый шаг, который необходимо предпринять исследователям, это сделать капсулу меньше.

В настоящем исследовании авторы показали, что устройство, которое работает на желудочной кислоте, может инициировать доставку лекарств собранной энергией в систему invitro. Использование небольших устройств может представлять проблемы, связанные с количеством лекарственного средства, которое может быть загружено. Устройства могут становиться все меньше и меньше, но есть термодинамические пределы того, насколько миниатюрной можно сделать батарею. Создание меньших капсул возможно в краткосрочной перспективе, и текущие измерения потенциальной энергии в разных сегментах желудочно-кишечного тракта будут сообщать данные о дизайне команде ученых.