Учёные из университета Карнеги — Меллон (Carnegie Mellon University) разработали нетоксичные съедобные батареи на основе пигмента меланина. Они представили новую разработку на 252 национальной встрече-выставке Американского химического общества (American Chemical Society).
«Люди десятилетиями ждали, что однажды у нас появятся съедобные электронные устройства для диагностики и лечения, — говорит Кристофер Беттингер (Christopher Bettinger), один из авторов исследования. — Но если вы собираетесь использовать их ежедневно, вам нужно подумать о том, что они могут быть токсичными». Около двадцати лет назад учёные разработали эндоскопическую капсулу со встроенной видеокамерой. После того, как пациент проглатывает её, она проходит по желудочно-кишечному тракту, делает снимки и через несколько часов выводится из организма. Этот способ позволяет получить изображения участков ЖКТ, недоступных традиционному эндоскопу. Если использовать капсулу однократно, риск того, что она застрянет в желудочно-кишечном тракте, очень мал. Однако если пациент глотает её часто, шансы, что что-то пойдёт не так, увеличиваются.
Эта видеокапсула и некоторые другие имплантируемые устройства, в частности кардиостимуляторы, работают от батарей, содержащих токсичные компоненты. Для маломощных приборов, которые требуют частого использования, идеальным вариантом были бы нетоксичные разлагаемые источники питания. Чтобы минимизировать ущерб от таких батарей, учёные решили использовать компоненты природного происхождения. Пигменты меланины содержатся в коже, волосах и радужной оболочке глаза, они поглощают ультрафиолетовые лучи и тем самым защищают ткани от лучевого повреждения. Кроме того, они связывают ионы металлов. «Мы подумали, что по сути это батарейка», — объясняет Беттингер.
Отталкиваясь от этой идеи, учёные экспериментировали с дизайном элемента питания. Они пробовали разные электродные материалы, катионы из железа и меди, и меланин в качестве положительного или отрицательного полюса. «Мы обнаружили, что они работают, — говорит член научной группы Хан А Парк (Hang-Ah Park). — Конкретные цифры зависят от конфигурации, но используя катод из 600 миллиграммов активного меланинового материала, мы можем питать 5 милливаттных устройств до 18 часов».
Меланиновая батарея не такая мощная, как литий-ионная, однако её хватит, чтобы снабжать энергией устройство доставки лекарств или сенсор. Параллельно научная группа работает над созданием съедобных батарей из других биоматериалов, в частности, пектина. В будущем исследователи обещают создать материалы, которые благополучно доставят батарею в желудок.