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.
Комментарии (22)
Sormovich
07.02.2017 19:54+1Вот бы такую таблетку, да в желчный пузырь, конкременты растворять. На входе таблетка. На выходе размягчённые камни.
Ryppka
07.02.2017 20:37+1Если в желчном пузыре кислота окажется в количестве достаточном, чтобы питать таблетку — конкременты в нем могут оказаться наименьшей проблемой…
Sormovich
07.02.2017 21:20Так ведь по два года эти камни растворяют. А тут таблетка, с челюстями, на собственном энергообеспечении. Таблетка ж за месяц згрызёт все камни, до размеров, нужных для вывода по желчному протоку.
upsilon
07.02.2017 22:52+1Вам об одном, а вы непонятно о чем
Sormovich
08.02.2017 14:04А это расширение темы: о будущем подобных автономных микро-роботов, которые будут не биологическими симбионтами вашего организма. Человеческих клеток всего то 10 процентов в нас.Остальное это симбионты, микробиота. Да и сама клетка тоже симбионт с митохрндриями.
Вот и поле для размышления: в каждом участке организма придётся «запитываться» от своих энергоносителей.
usblexus
08.02.2017 00:30В желчном пузыре большое содержание желчных кислот из-за механизма абсорбции, другое дело что такую таблетку туда не доставить, путь через желудок идет через кучу сфинктеров и желчных протоков которые можно невзначай заблокировать и убить пациента. Даже если ввести шприцом через гладкую мускулатуру напрямую (незнаю насколько это вероятно при таких размерах) выводить тоже придется шприцом так как в протоки оно попасть не должно что делает устройство гораздо сложнее
alexvoz
10.02.2017 21:21Я не спец в медицине, по этому спрошу. Какие есть предпосылки к тому, что капсула начнет двигаться «против течения» и «залезать» во всякие там проходы (кроме выдоха в кишечник)? Ведь неперевариваемые фруктовые косточки, мелкие твердые предметы без острых улов вроде бы безопасно покидают организм естественным путем.
loly_girl
07.02.2017 22:48Удалять камни из желчного пузыря можно, но эффект от удаления желчного пузыря лучше, потому что они тут же начинают образовываться снова, поскольку осадок из «неправильной» желчи всё равно выпадает.
usblexus
08.02.2017 00:35+1Желчный пузырь абсорбирует 70-80% всей желчи вырабатываемой печенью, при его удалении вся эта «пресная» желчь идет напрямую в кишку продавливая сфинктр Оди нон стоп вне зависимости от приема пищи. Удаление желчного пузыря крайняя мера.
Zenitchik
08.02.2017 13:49В интернетах пишут, что после этого ещё и меры принимать надо, чтобы камни уже в протоках не образовывались.
Sormovich
08.02.2017 13:59Так сначала надо вывести те, которые уже есть, а потом диета и вымывание мелких, то есть предупреждение образования новых камней.
sleeply4cat
07.02.2017 22:12Странно. Тут у людей чуть ли не годами на CR2032 автономно работают устройства, а у них почему-то за несколько дней всё высаживается.
Идея интересная, но пока что хмм.Jogger
07.02.2017 22:39Наверное вопрос ещё в том, что делает устройство. Одно дело какой-нибудть rtc от неё питать, другое — «передавать эту информацию по беспроводной связи на расстояние вплоть до 2 метров с периодичностью в 12 секунд.»
Правда, из этого напрашивается вопрос — а её точно необходимо передавать в реальном времени? не проще поставить туда флешку и просто писать всё, а после выхода — считывать данные и расшифровывать? Но опять же, не понадобится ли много энергии на запись во флеш?
В общем, я думаю, там тоже не дураки работают, и изучали вопрос источников питания.mmMike
08.02.2017 05:48Странно конечно. У меня лента датчика пульса работает минимум месяц от одной батарейки CR2032.
Пульс передается в реальном времени 2-3 часа в неделю, когда использую. Да и на остальное время выключателя нет…
killik
08.02.2017 03:18А как ее крепить в кишечнике на две недели, чтобы перистальтикой не выдавило? На питание мотора не хватит наверное.
ittakir
08.02.2017 07:06Мне одному не нравятся свободно загнутые металлические лепестки, которые плавают в кишочках?
Markscheider
08.02.2017 08:50+1Смешались в кучу кони, люди… (с)
Подобные устройства могут оставаться в пищеводе продолжительное время (разработчики говорят о нескольких неделях).
Как устройство может оставаться в пищеводе несколько недель? Оно во всем ЖКТ не больше двух-трех суток максимум продержится… И да, вроде бы в пищеводе нет желудочного сока (т.е. кислоты) — как прибор работать будет?
Ну и до кучи — это ж все таки гальванический процесс. Хлорид цинка, конечно, не сильно ядовит, но вот хлорид меди… Я понимаю, что в идеальных условиях медный электрод в реакцию не вступает, но так то — в идеальных…
Stalker_RED
08.02.2017 08:55+1Текущий прототип устройства имеет очень небольшие размеры — всего 40 миллиметров в длину и 12 миллиметров в диаметре.
Эта таблетка размером почти совпадает с AAA батарейкой! (На 4 мм короче и на 1,5мм толще).
artoym
08.02.2017 09:17+2Существует капсульная эндоскопия, где в капсулу 11*25 влезает батарея, камера, передатчик и она работает 12 часов, чего более чем достаточно.
loly_girl
Я правильно понимаю, что при этом ионы железа активно выделяются и всасываются?
Mad__Max
Да, только тут ионы цинка будут, а не железа.
loly_girl
Ага, это чуть менее токсично.