Kutatók emberi testbe ültethető vezeték nélküli töltőt fejlesztettek ki

Kutatók egy vezeték nélküli, az emberi testbe beültethető, biológiailag lebomló és rugalmas áramellátó rendszer prototípusát hozták létre. Eredményes tesztek után a tudósok szerint a rendszert például gyógyszeradagoló implantátumok energiaellátására lehet használni.

Kínai tudósok olyan biológiailag lebomló, vezeték nélküli energiafogadó és -tároló eszközt hoztak létre, amely bioelektronikus implantátumokat - például teljesen biológiailag lebomló gyógyszeradagoló rendszereket - képes ellátni energiával. A beültethető bioelektronikai rendszerek - például a megfigyelő szenzorok és a gyógyszeradagoló implantátumok - minimálisan invazív, megbízható módjai a betegek pontos megfigyelésének és kezelésének. A Science Advances című folyóiratban megjelent, a Lanzhou Egyetem kutatóinak vezetésével készült tanulmány szerint azonban az ilyen eszközök működtetéséhez szükséges tápegységek fejlesztése elmaradt a biokompatibilis és biológiailag lebomló érzékelők és áramköri egységek létrehozásától.

Bár léteznek biológiailag lebomló tápegységek, ezek gyakran csak egyszer használhatók, és nem elégséges az energiatermelésük az orvosbiológiai alkalmazásokhoz. A testen kívüli, un. transzdermális töltőkhöz csatlakoztatott tápegységek gyulladást okozhatnak, a nem újratölthető akkumulátorokkal működő tápegységeket pedig műtéti úton kell cserélni, ami komplikációkat okozhat. Ennek a hiányosságnak a kiküszöbölésére a kutatók egy olyan vezeték nélküli beültethető energiarendszert találtak ki, amely "egyszerre rendelkezik nagy energiatárolási teljesítménnyel és kedvező szöveti kapcsolódási tulajdonságokkal", mivel puha és rugalmas kialakítása lehetővé teszi, hogy alkalmazkodjon a szövetek és szervek alakjához.

A vezeték nélküli áramellátó eszköz egy magnéziumtekercsből áll, amely feltölti az eszközt, amikor egy külső adótekercset helyeznek a bőrre az implantátum fölé. A magnéziumtekercs által felvett energia egy áramkörön halad át, mielőtt egy cink-ion hibrid szuperkondenzátorokból álló energiatároló modulba kerül. A szuperkondenzátorok az energiát elektromos energiaként tárolják, szemben az akkumulátorokkal, amelyek kémiai energiaként tárolják azt. Bár a szuperkondenzátorok egységenként kevesebb energiát tárolnak, nagy teljesítménysűrűséggel rendelkeznek, ezért folyamatosan nagy mennyiségű energiát tudnak kisütni.


Az áramellátó rendszer prototípusa - amely egy rugalmas, biológiailag lebomló chipszerű implantátumban található - egyetlen eszközbe integrálja az energiagyűjtést és -tárolást. Az áramkörön keresztül közvetlenül egy csatlakoztatott bioelektronikai eszközbe, valamint a szuperkondenzátorba juthat az energia, ahol azt tárolja, "hogy a töltés befejezése után állandó, megbízható teljesítményt biztosítson" - olvasható a közleményben. Mind a cink, mind a magnézium nélkülözhetetlen az emberi szervezet számára, és a kutatók megjegyzik, hogy az eszközben található mennyiségek a napi beviteli szint alatt vannak, így a feloldható implantátumok biokompatibilisek. Az egész eszköz polimerbe és viaszba van tokozva, amely a szövet szerkezetének megfelelően képes elhajolni és csavarodni, ahogyan az a testbe kerül.

A patkányokon végzett tesztek azt mutatták, hogy az eszköz akár 10 napig is hatékonyan működhet, és két hónapon belül teljesen feloldódik. Az eszköz működési ideje a kapszulázó réteg vastagságának és kémiai összetételének változtatásával módosítható. A gyógyszerhordozó rendszerek a test különböző szöveteibe és szerveibe integrálhatók, és "létfontosságú szerepet játszhatnak a lokalizált, igény szerinti gyógyszeradagolásban és terápiában" - áll a tanulmányban. Az áramellátás működésének demonstrálására a kutatók egymásra helyezett szuperkondenzátorokat egy fogadó tekercshez és egy biológiailag lebomló gyógyszeradagoló eszközhöz kapcsoltak, majd patkányokba ültették be. A beültetett prototípus nem egyetlen eszközbe volt beágyazva - külön-külön beágyazott darabokat kapcsoltak össze.

A gyulladáscsökkentő gyógyszert tartalmazó gyógyszeradagoló eszközt élesztőgomba okozta lázzal küzdő patkányokba ültették be. A 12 órás megfigyelés során az implantátum nélküli csoport hőmérséklete jelentősen magasabb volt, mint az implantátummal rendelkezőké. A kutatók elmondták, hogy továbbra is gondot jelentett az eszköz be- és kikapcsolása, mivel az csak akkor állt le, amikor elfogyott az energiája - de szerintük a töltés szabályozott kiváltásával szabályozni lehet a be- és kikapcsolás időtartamát. A nem töltött implantátumot kapott patkányoknál a kutatók szerint némi passzív hatóanyag-felszabadulás is történt, mivel az ebben a csoportban mért hőmérséklet is csökkent a kontrollcsoporthoz képest. A tanulmány szerint azonban a prototípus "fontos előrelépést jelent a tranziens beültethető bioelektronikai eszközök széles körének fejlődésében, mivel hatékony és megbízható energetikai megoldásokat kínálhat".