Midede Kendi Enerjisini Üreten Yutulabilir Aygıt Tasarlandı

Araştırmacılara göre, bu sistemden elde edilen güç, böyle aygıtlara enerji sağlamak için kullanılan geleneksel bataryalara kıyasla daha güvenlidir ve daha düşük bir maliyet sunabilir.

Bütünleştirici Kanser Araştırmaları Koch Enstitüsü'ne üye olan araştırmacı Giovanni Traverso, bu yutulabilir sistemlere uzun süre güç sağlayacak yollar bulmak zorundayız. Gastrointestinal sistemi, ilaç salımı ve algılama için yeni teknolojilere ev sahipliği yapacak gerçekten eşsiz bir fırsat olarak görüyoruz ve bu teknolojilerin temelinde gücün nasıl sağlanacağı yatmaktadır, diyerek fikirlerini belirtmektedir.

Traverso ve Langer, daha önce, sıcaklık, kalp atış hızı ve solunum hızı gibi fizyolojik koşullara duyarlı olan veya sıtma gibi hastalıkları tedavi etmek için ilaç salan birçok yutulabilir aygıt tasarlamış ve test etmişlerdir.

Langer, bu çalışma, bir gün hasta sağlığını ve/veya hastalığın tedavisini izlemek için yeni nesil elektronik yutulabilir ilaçlara ön ayak olabilir, demektedir.

Bu aygıtlar genellikle küçük pillerle çalışır. Ancak geleneksel piller zamanla kendiliğinden deşarj olur ve olası bir güvenlik riskini ortaya çıkarırlar. Bu dezavantajların üstesinden gelebilmek için Langer ve Traverso, düşük güç elektroniği geliştirme konusunda uzmanlaşmış olan Nadeau ve Chandrakasan ile çalıştı.

Araştırma ekibi, genellikle iki elektrottan (limona takılmış galvanizli bir çivi ve bakır metalden) oluşan, limon pili olarak bilinen çok basit bir voltaik hücreden ilham almıştır. Limondaki sitrik asit iki elektrot arasındaki küçük elektrik akımını taşımaktadır.

Bu stratejinin benzerini yapmak için, araştırmacılar çinko ve bakır elektrotlarını, yutulabilen sensörün yüzeyine koydular. Çinko, ticari sıcaklık sensörünü ve 900-megahertz vericiyi çalıştırmak için yeterli enerjiyi üretmek ve voltaj devresine güç sağlamak için mide asidine iyon salmaktadır.

Domuzlarda yapılan testlerde, aygıtların sindirim sisteminden geçmesi için ortalama altı gün gerekti. Midede iken, voltaik hücre, sıcaklık sensörüne güç sağlamak ve her 12 saniyede bir gönderilen sinyali, kablosuz olarak 2 metre uzaktaki bir baz istasyonuna veriyi iletmek için yeterli enerjiyi üretmiştir.

Aygıt mideden daha az asidik olan ince bağırsağa geçtiğinde, hücre midede üretilenin yalnızca yaklaşık olarak 1/100'ini üretmiştir. Traverso, ancak yine de orada, daha uzun süre kalmasını sağlayabileceğimiz ve daha az sıklıkta bilgi paketini iletmek için kullanabileceğimiz gücün olduğunu, söylemiştir.

Aygıtın şu andaki prototipi yaklaşık 40 milimetre uzunluğunda ve 12 milimetre çapında bir silindirdir. Ancak araştırmacılar, enerji toplayıcı, verici ve küçük bir mikroişlemci taşıyan kişiselleştirilmiş bir entegre devre kurarak bu boyuttaki kapsülün yaklaşık üçte birini yapabileceklerini düşünmektedirler.

Chandrakasan; “İmplante edilebilir tıbbi cihazlardaki büyük sorun enerji üretiminin, dönüştürülmesinin, depolanmasının ve kullanımının yönetilmesini içermektedir. Bu çalışma, tamamen kendi kendine sürdürebilirliliğini sağlayan sistemlerin, enerji üretmesini sağlayan vücuttaki bölgeler için yeni tıbbi cihazları öngörmemizi mümkün kılmaktadır.”

Araştırmacılar cihazları minyatürize ettikten sonra, başka türde sensörlerin eklenmesini ve yaşamsal bulguların uzun süre izlenmesi gibi uygulamalar için geliştirilmesini öngörmektedir.

Nadeau; “İçeriden yaşamsal belirtilerinizi birkaç hafta izleyecek kendi kendine çalışan bir hapınız olabilir ve bunu düşünmek zorunda bile değilsiniz. Sadece orada ölçümler yapar ve bunları telefonunuza iletir”.

Böyle aygıtlar, ilaç salımı için de kullanılabilir. Bu çalışmada, araştırmacılar altın bir film ile kapsüllenmiş ilaçları salmak için voltaik hücre tarafından üretilen gücü kullanabileceklerini göstermişlerdir. Bu, doktorların kan basıncını kontrol etmek için farklı ilaç dozlarını denemesi gereken durumlarda yararlı olabilir.

Kaynak
https://m.phys.org/news/2017-02-harness-stomach-acid-power-tiny.html

İleri Okuma
Prolonged energy harvesting for ingestible devices, Nature Biomedical Engineering, nature.com/articles/doi:10.1038/s41551-016-0022

Kapak Görseli
https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/news/2017/engineershar.jpg