Исследователи биобатареи из Университета Бингемтона, Государственного университета Нью-Йорка, разработали решение для труднодоступной тонкой кишки, которая огибает кишечник человека в среднем на 22 фута.

"В тонком кишечнике есть некоторые области, которые недоступны, и именно поэтому для решения этой проблемы были разработаны проглатываемые камеры", - сказал профессор Сокхун "Шон" Чой, ведущий исследователь и преподаватель кафедры электротехники и вычислительной техники. "Они могут делать много вещей, таких как визуализация и физическое зондирование, даже доставка лекарств. Проблема в силе. До сих пор электроника использует первичные батареи, которые имеют ограниченный энергетический бюджет и не могут функционировать в течение длительного времени.

Решение команды Watson основано на выводах, сделанных Чой за последнее десятилетие, об использовании бактерий для создания низкого уровня электричества, которое может питать датчики и Wi-Fi-соединения как часть Интернета вещей.

Другие варианты внутри тонкого кишечника менее жизнеспособны: традиционные батареи потенциально вредны, беспроводная передача энергии извне неэффективна, разницы температур недостаточно для использования тепловой энергии, а движение кишечника слишком медленное для механической энергии. Вместо этого в биобатареях Choi используются микробные топливные элементы со спорообразующими бактериями Bacillus subtilis, которые остаются инертными до тех пор, пока не достигнут тонкой кишки.

"Как вы заставляете свой микротопливный элемент избирательно работать в тонком кишечнике? Мы используем рН-чувствительную мембрану, для активации которой требуются определенные условия", - сказал Чой. "Когда вы смотрите на наш желудочно-кишечный тракт, пищевод имеет нейтральный рН, такой же, как и тонкая кишка, но время прохождения составляет всего 10 секунд. Он не активируется в этой области и никогда не будет работать в желудке, потому что у желудка очень низкий рН. Это работает только в тонком кишечнике."

Чой знает, что некоторые люди могут отказаться от употребления бактерий в пищу, но наши тела наполнены нетоксичными микробами, которые помогают пищеварению и другим функциям.

"Мы используем эти споры в качестве спящего, пригодного для хранения биокатализатора", - сказал он. "Споры можно прорастить, когда доступны питательные вещества, и они могут возобновить вегетативную жизнь и вырабатывать энергию".

Хотя это исследование только что было опубликовано, Чой и его ученики уже планируют усовершенствовать биобатареи размером с капсулу. Как только топливный элемент попадает в тонкий кишечник, для полного прорастания требуется до часа - чем быстрее, тем лучше. Ячейка генерирует около 100 микроватт на квадратный сантиметр плотности мощности - этого достаточно для беспроводной передачи, но в 10 раз больше даст гораздо больше возможностей для использования. Батареи также потребовали бы тестирования на животных и людях, а также исследований биосовместимости.

Чой может предвидеть несколько применений, которые могли бы обеспечить низкоуровневые микробные топливные элементы, включая биологические и химические датчики, системы доставки лекарств и устройства электростимуляции.

"Я считаю, что наш микротопливный элемент обладает огромным потенциалом, но нам предстоит пройти долгий путь", - сказал он.

В исследовательскую группу входили аспиранты Марьям Резаи и Захра Рафие.