La tecnologia che utilizza lo stomaco acido per il potere
Sommario:
I ricercatori di Boston hanno inventato un nuovo modo innovativo per alimentare capsule ingeribili.
Un team al Brigham and Women's Hospital ha sviluppato una capsula che può essere alimentata da una batteria a celle galvaniche che ricava il suo succo dall'acido dello stomaco.
Pubblicità PubblicitàIl team ha dimostrato ciò facendo in modo che la batteria abbia alimentato con successo un termometro ingeribile. Ha preso misurazioni ogni 12 secondi nello stomaco di un maiale per sei giorni.
Gli esperti del settore dicono che mentre c'è ancora molto lavoro da fare, la ricerca potrebbe essere un passo importante per migliorare l'utilità a lungo termine dei dispositivi ingeribili.
Il team è stato guidato da Phillip Nadeau, Ph. D., autore dello studio e ricercatore postdottorato presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT).
PubblicitàHanno annunciato le loro scoperte in Prolungati Energy Harvesting for Ingestible Devices, pubblicato sulla rivista Nature Research all'inizio di questo mese.
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PubblicitàAdvertisementUtile … fino alla morte della batteria
I dispositivi ingestibili sono strumenti utili per i medici.
Sono utilizzati in una varietà di applicazioni, dalla semplice misurazione dei segni vitali, alla somministrazione di farmaci, a "pill-cams", che forniscono un feedback video come alternativa ai mezzi di diagnosi più invasivi.
Questi dispositivi, in particolare le camme delle pillole ad alta intensità energetica, sono limitati dalla mancanza di alimentazione. Mentre i dispositivi più semplici utilizzano una potenza minima, una camma della pillola tende a scaricare la batteria rapidamente, senza alcun mezzo di ricarica mentre è all'interno del corpo.
Nel tentativo di sviluppare un dispositivo in grado di fornire potenza continua a lungo termine, il team di ricerca si è rivolto a un vecchio standby in classe scientifica.
"Una delle cose che abbiamo iniziato a contemplare con i nostri collaboratori del Dipartimento di Ingegneria Elettrica del MIT è stata la ricerca di una cella galvanica, fondamentalmente un decollo della batteria al limone che viene spesso esplorata a scuola", Giovanni Traverso, Ph. D., coautore senior e istruttore della Harvard Medical School, ha detto a Healthline. "Ed è esattamente quello che abbiamo fatto. Abbiamo usato il liquido gastrico come elettrolita, e abbiamo usato il rame e lo zinco come catodo e anodo, rispettivamente, per generare quella corrente. “
"Penso che i ricercatori abbiano presentato alcune interessanti dimostrazioni di una cella elettrolitica di tipo zinco-rame per il potere", John Rogers, Ph. D., chimico fisico e presidente di il Rogers Research Group all'Università dell'Illinois, ha detto a Healthline."Rispetto ai più diffusi sistemi a base di magnesio, l'attrattiva dello zinco è che può offrire operazioni a lungo termine - diversi giorni, a differenza di uno o due. Quindi penso che sia un progresso importante. C'è una squadra di ingegneria elettrica coinvolta in quel lavoro che mette insieme un'elettronica a bassa potenza piuttosto interessante. Avevano alcuni modi abbastanza intelligenti per ottimizzare l'utilizzo di energia e adattarsi alle fluttuazioni della potenza che proveniva dalla batteria. “
Drew Higgins, Ph. D., Banting Postdoctoral Fellow presso la Stanford University, ha detto a Healthline in un messaggio di posta elettronica, "Gli autori hanno preso concetti fondamentali di elettrochimica che molti di noi avrebbero applicato attraverso la batteria al limone o la batteria penny esperimenti a scuola. Mentre questa chimica della batteria potrebbe non essere pratica per il tuo cellulare o laptop, gli autori hanno riconosciuto alcune caratteristiche chiave di questi sistemi. In primo luogo, sono poco costosi, biocompatibili e in grado di produrre energia sufficiente per alimentare i microdispositivi montati nel loro laboratorio. "
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PubblicitàVarie competenze
La tecnologia, che accoppia l'elettrochimica con l'ingegneria biomedica, ha richiesto ricercatori con vari skillset.
"Avevamo un gruppo eterogeneo con competenze che vanno dalla progettazione dell'elettronica alla confezione, alla chimica e alla medicina", ha scritto Nadeau. "Avere una squadra così diversificata è stata una grande risorsa per questo lavoro. Lavorare all'interfaccia di queste diverse aree ci ha aiutato a trovare e provare qualcosa di molto interessante. "
Pubblicità Pubblicità" Ci sono sfide di ingegneria elettrica qui, ci sono sfide materiali, e poi ci sono sfide per modelli animali ", ha riconosciuto Traverso. "Quindi hai davvero bisogno di un'ampia esperienza per unirti, collaborare ed eseguire. E questo si riflette nel manoscritto quando si guardano gli autori e da dove provengono. Provengono da reparti dell'ingegneria elettrica, dell'ingegneria chimica e degli ospedali, e penso che richieda davvero questo tipo di collaborazione per affrontare alcune delle principali sfide. "
Higgins afferma che questo approccio multidisciplinare è cruciale - non solo in questa ricerca, ma in altri sforzi scientifici.
"In qualità di scienziati e ingegneri, parliamo costantemente del fatto che le collaborazioni interdisciplinari sono alla base di alcune delle ricerche di maggiore impatto", ha scritto, "e questo studio esemplifica perfettamente questo aspetto. "
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Grandi possibilità, grandi sfide
Questa tecnologia potrebbe sostenere il modo in cui i dispositivi ingeribili operano in futuro.
Pubblicità PubblicitàLa ricerca, tuttavia, è ancora agli inizi.
Nadeau afferma che la miniaturizzazione del dispositivo e l'utilizzo di un design circuitale più avanzato è una priorità.
Vorrebbe anche esplorare sensori più avanzati.
Penso che potremmo essere negli umani abbastanza velocemente.Giovanni Traverso, Harvard Medical School"In definitiva, sarebbe bello se cinque o 10 anni lungo la strada, potremmo alimentare un monitor di segni vitali ingestibile a lungo termine con questa tecnologia", ha detto Nadeau. "In sostanza, una pillola che potrebbe monitorare la respirazione e la frequenza cardiaca dall'interno dello stomaco e trasmetterla in modalità wireless per un massimo di una settimana utilizzando l'energia raccolta dalla cellula. "
" Puoi semplicemente lasciar correre la tua immaginazione con le cose che vorresti misurare, percepire, acquisire, archiviare, campionare o persino somministrare la terapia. Genere di tutta la gamma, "ha detto Rogers. "Ma penso che il menu delle opzioni sarà limitato dalla gamma di funzionalità che è possibile inserire in un ingombro relativamente ridotto. Ma poi, la preoccupazione generale sarà come alimentarla. Penso che andando avanti, ci sarà probabilmente un sacco di ottimizzazione che puoi fare. Ma è sicuramente un buon punto di partenza. "
" Rispetto a dove potremmo essere tra cinque o dieci anni, penso che a seconda di un ulteriore interesse - e questo significa collaborazione con potenziali sponsor e anche ulteriori finanziamenti - penso che potremmo essere negli umani abbastanza velocemente ", ha detto Traverso.
