Новые электронные сенсоры и таблетки открывают широкие возможности в медицине. Автономные сенсоры, передающие информацию о состоянии организма прямо на телефон в течение долгого времени, дозаторы лекарств — все это станет возможным в ближайшем будущем
Исследователи из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) вместе с коллегами из Brigham and Women’s Hospital разработали и продемонстрировали небольшую электронную таблетку. Она генерирует электричество под действием желудочной кислоты. Электричества производится достаточно для обеспечения работы небольших сенсоров или же миниатюрных устройств, доставляющих лекарственные препараты. Подобные устройства могут оставаться в пищеводе продолжительное время (разработчики говорят о нескольких неделях).
Обычно в медицинских автономных зондах и прочих подобных устройствах используются традиционные элементы питания, которые разряжаются в течение нескольких дней или даже часов. Использование химических батарей небольшого размера увеличивает себестоимость производства медицинских устройств. Автономное энергоснабжение могло бы стать недорогой альтернативой. «Нам нужно найти способы обеспечения энергией устройств в течение долгого времени», — заявил Джованни Траверсо (Giovanni Traverso), один из участников исследования.
По мнению этого специалиста, электронная таблетка из MIT может стать решением проблемы. «Мы увидели, что устройство обеспечивает уникальную возможность для новых систем доставки лекарственных препаратов и сенсоров в плане энергоснабжения», — говорит он.
Траверсо с партнерами ранее создал и протестировал в работе большое количество «заглатываемых» устройств, которые можно использовать для определения различных параметров организма, например, температуры, пульса, частоты дыхания. Такие устройства могут, уже находясь внутри организма, порционно выдавать лекарственные препараты. Например, такой тип лечения используется для лечения малярии.
«Эта работа может привести к созданию нового поколения электронных таблеток, которые когда-нибудь обеспечат новый способ мониторинга здоровья пациента или лечения заболеваний», — говорит один из участников проекта. Как уже говорилось, миниатюрные элементы питания, которые используются медиками сейчас, достаточно быстро разряжаются, плюс они представляют определенную опасность. Для того, чтобы преодолеть эти недостатки, и были разработаны электронные таблетки.
Работа новых устройство основана на принципе «цитрусовых батареек». Речь идет о двух электродах — например, гвозде и меди, которые вставляются в лимон с разных концов и к которым подводятся провода. Возникает разность потенциалов, и по проводам начинает течь ток небольшой силы, которого вполне достаточно для того, чтобы зажечь светодиод малой мощности.
Для того, чтобы повторить конструкцию «батареи из лимона», исследователи решили прикрепить цинковый и медный электроды к поверхности обычного медицинского заглатываемого сенсора. Как и в случае с лимоном, начинает вырабатываться электрический ток. Его хватает для обеспечения работы сенсора и 900 МГц трансмиттера.
Текущие испытания устройств нового типа проводятся на свиньях. Как оказалось, гаджет с автономным элементом питания может работать вплоть до 6 дней, находясь все это время в пищеварительном тракте животного. В желудке миниатюрный элемент питания вырабатывает достаточно электричества, чтобы сенсор мог собирать данные об организме животного и передавать эту информацию по беспроводной связи на расстояние вплоть до 2 метров с периодичностью в 12 секунд.
Электронный сенсор в рентгеновских лучах. Источник: Jenny Haupt, Cody Cleveland and Phillip Nadeau
Когда «таблетка» переходит из желудка в тонкую кишку, где кислотность намного ниже, производительность «электростанции» становится ниже, падая на два порядка. «Но энергия продолжает генерироваться, так что ее можно накапливать и продолжать передавать данные, хотя и реже, чем обычно», — заявил Траверсо.
Текущий прототип устройства имеет очень небольшие размеры — всего 40 миллиметров в длину и 12 миллиметров в диаметре. Ученые говорят, что финальная версия «таблетки» будет значительно меньше прототипа, размер ее составит треть от текущего. В состав системы будет входить «электростанция», передатчик и небольшой микропроцессор.
После окончательной миниатюризации устройств такого типа ученые надеются на то, что такие электронные таблетки можно будет использовать в качестве долгосрочного сенсора, который сможет определять точные параметры организма человека или животных. «У нас может появиться электронная таблетка на самообеспечении, которая станет передавать параметры организма на протяжении двух недель, а пациенту ничего не понадобится делать. Все данные собираются сенсором и передаются на телефон человека», — говорит Траверсо.
В одном из исследований ученые продемонстрировали и возможность доставки лекарственных препаратов при помощи капсулы с автономной «энергостанцией». По мере продвижения по пищеводу такая таблетка выдает малые порции лекарственных препаратов, заключенных в тончайшую золотую фольгу. Такие hi-tech таблетки могут использоваться в тех случаях, когда врачам необходимо постоянно давать определенные дозы лекарств пациентам — например, в случае корректировки кровяного давления.
Источник
