Schluckbare Papierbatterie entwickelt: Löst sich nach getaner Arbeit im Verdauungstrakt auf
Die neue Papierbatterie, die an Schweinen getestet wurde, kann Magen-Darm-Geräte bis zu drei Tage lang mit Strom versorgen und sich anschließend schrittweise auflösen.
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Wissenschaftler haben eine schluckbare und schrittweise auflösbare, papierähnliche Batterie entwickelt, um medizinische Geräte, die vorübergehend im Magen-Darm-Trakt eingesetzt werden, mit Energie zu versorgen. In ersten Versuchen an Schweinen wurde berichtet, dass das System bis zu drei Tage lang stabil funktionierte.
In der in der Fachzeitschrift Nature Chemical Engineering veröffentlichten Studie wurden zwei verschiedene Batteriemodelle getestet. Das kleinere Modell wurde so konzipiert, dass es in eine Standard-Gelatinekapsel passt. Das zweite Modell mit höherer Kapazität wurde für Anwendungen entwickelt, die mehr Energie benötigen.
In den Experimenten versorgte die kleine Batterie einen drahtlosen Identifikations-Tag, der in der Speiseröhre platziert wurde und die Einnahme des Medikaments registrierte. Das größere Modell wurde verwendet, um eine schluckbare Kapsel zu betreiben, die den Magen elektrisch stimuliert und den Spiegel des Hungerhormons im Blut erhöht.
DIE BETRIEBSDAUER DER BATTERIE WIRD DURCH EINE BESCHICHTUNG GESTEUERT
Batterien, die in herkömmlichen schluckbaren Geräten verwendet werden, müssen stark isoliert sein, um das Austreten schädlicher Substanzen zu verhindern. Dies erhöht sowohl die Größe der Batterie als auch die Komplexität des Designs temporärer medizinischer Geräte. Bei der neuen Batterie wurden Materialien gewählt, die vom Körper toleriert werden und sich mit der Zeit auflösen können.
Die von den Forschern entwickelte Struktur besteht aus einer Magnesiumlegierung als Anode sowie Molybdäntrioxid und Aktivkohle als Kathode. Zellulose-Nanofibrillen bilden das dünne, poröse und papierähnliche Gerüst der Batterie.
Um zu verhindern, dass sich die Batterie sofort bei Kontakt mit Magensäure zersetzt, wurde die Außenfläche mit einer Schicht aus Bienenwachs und Candelillawachs überzogen. Diese Beschichtung ermöglicht es der Batterie, für einen bestimmten Zeitraum Energie zu erzeugen, bevor sie sich anschließend im Verdauungstrakt schrittweise auflöst.
In der Studie wurde festgestellt, dass sich die Batterie und die biologisch abbaubaren Komponenten mit der Zeit vollständig auflösen können. Die für das Magenstimulations-Experiment verwendete elektronische Leiterplatte besitzt diese Eigenschaft jedoch noch nicht; dieses Teil wurde auf natürlichem Wege aus dem Verdauungstrakt der Schweine ausgeschieden.
Das Forschungsteam geht davon aus, dass die vollständige Resorbierbarkeit aller Geräteteile im Körper das Risiko von Verstopfungen durch Rückstände im Darm verringern könnte. Im nächsten Schritt soll die Fertigungsqualität verbessert und die Vorhersehbarkeit der Batterielaufzeit durch die Anpassung der Beschichtungsdicke optimiert werden.
Die Technologie wurde bisher nur an Schweinen getestet. Die Forscher streben an, innerhalb der nächsten zwei Jahre klinische Studien am Menschen durchzuführen. Sollte sich die Sicherheit und Wirksamkeit beim Menschen bestätigen, könnte dies dazu beitragen, temporäre Magen-Darm-Geräte ohne chirurgische Eingriffe einsetzen zu können.