Ученые разработали прототип беспроводной системы питания для имплантации в тело человека. Она является безопасной и биологически разлагаемой. Рассказываем, кому пригодится
Фото: pixabay.com
Китайские исследователи из Университета Ланьчжоу представили биоразлагаемое беспроводное устройство для приема и накопления энергии. Оно может питать биоэлектронные имплантаты, например, системы доставки лекарств внутрь организма.
Как сообщает South China Morning Post, имплантированные биоэлектронные системы (такие как датчики мониторинга и имплантаты доставки лекарств) являются минимально инвазивными, надежными способами точного мониторинга и лечения пациентов. Однако ученые отмечают, что разработка силовых модулей для работы этих устройств отстает от создания биосовместимых и биоразлагаемых датчиков и схемных блоков.
Как работает устройство
Хотя уже существуют биоразлагаемые блоки питания, обычно ими можно пользоваться только однократно. При этом они не производят достаточно электроэнергии для биомедицинских применений.
В то же время блоки питания, подключенные к трансдермальным зарядным устройствам, могут спровоцировать воспаление. А блоки, питающиеся от батарей, которые не перезаряжаются, потребуют хирургической замены. Это может вызвать серьезные осложнения.
Чтобы решить эту проблему, ученые создали беспроводную имплантированную систему питания с одновременно высокой производительностью накопления энергии и благоприятными свойствами взаимодействия с тканями. Ее мягкий и гибкий дизайн позволяет адаптироваться к форме ткани и органов.
Читайте также: Созданы очки, которые позволят незрячим «видеть» с помощью звуков
«Устройство беспроводного питания состоит из магниевой катушки, которая заряжает устройство, когда внешняя передающая катушка размещается поверх кожи над имплантатом. Мощность, полученная магниевой катушкой, проходит через цепь, прежде чем попасть в модуль накопления энергии, состоящий из цинк-ионных гибридных суперконденсаторов», — объясняют исследователи.
Суперконденсаторы сохраняют энергию как электрическую, в отличие от батарей, которые хранят ее как химическую энергию. Суперконденсаторы хранят меньше энергии на единицу, но имеют высокую плотность мощности. Поэтому они могут постоянно выделять большое количество энергии.
Эта энергия может проходить через схему непосредственно в подключенное биоэлектронное устройство, а также в суперконденсатор, где она сохраняется для обеспечения постоянной, надежной выходной мощности после завершения зарядки.
И цинк, и магний необходимы человеческому организму. При этом их количество, содержащееся в устройстве, ниже ежедневного потребления. Это делает растворимые имплантаты биосовместимыми. Все устройство инкапсулировано в полимер и воск, которые могут сгибаться и скручиваться в соответствии со структурой ткани, в которую оно помещено.
Беспроводная система питания для имплантации в тело. Фото: lzu.edu.cn
Испытания устройства
Чтобы продемонстрировать функциональность источника питания, исследователи соединили сложенные суперконденсаторы с приемной катушкой и биологически разлагаемым устройством доставки лекарств.
Это устройство, содержащее противовоспалительный препарат, имплантировали крысам с лихорадкой, вызванной дрожжами. В течение 12 часов мониторинга температура в группе без имплантатов была значительно выше, чем в группе с имплантатом.
Результаты испытания также показали, что устройство может эффективно работать около 10 дней, после чего полностью растворяется в течение 2 месяцев.
Интересное по теме: Созданы наушники с алгоритмом, который управляет 20 видами звуков
Ученые обращают внимание, что продолжительность времени, в течение которого устройство будет работать, можно увеличить или уменьшить путем изменения толщины и химического состава слоя инкапсуляции.
Отмечается, что системы доставки лекарств могут быть интегрированы в различные ткани и органы в организме и играть жизненно важную роль в локализованной доставке лекарств по требованию и терапии.
В то же время все еще существует проблема включения и выключения устройства, поскольку оно останавливалось только тогда, когда разряжалось. Но исследователи говорят, что контролируемый запуск зарядки может контролировать продолжительность включения и выключения.
Несмотря на все нюансы, ученые утверждают, что созданный прототип является важным шагом вперед в развитии широкого спектра переходных имплантированных биоэлектронных устройств.
Ранее мы сообщали, что ученые из Дьюкского университета разработали имплант для мозга, с помощью которого можно общаться только на основе мыслей. Устройство должно помочь людям, которые страдают речевыми расстройствами или неспособны на вербальное общение по тем или иным причинам.
Ознакомьтесь с другими популярными материалами:
Google Chrome добавляет функцию чтения веб-страницы вслух
Alibaba запустила модели ИИ, которые понимают визуальный контент
Lenovo представляет потребительские AR-очки, которые можно привязать к iPhone
