Jadalne urządzenia elektroniczne pomogą lekarzom w badaniach
Badania diagnostyczne układu pokarmowego są jedną z ważnych przyczyn zmniejszenia liczby chorób i niepotrzebnych śmierci, bo wczesne wykrycie zmiany chorobowej w przełyku, żołądku czy w jelicie grubym pozwala na podjęcie skutecznego leczenia. Niestety są to badania inwazyjne. Wprowadzanie wziernika (gastroskopu albo kolonoskopu) do odpowiednich narządów jest bardzo uciążliwe dla pacjenta i bywa niekiedy nawet niebezpieczne.
Co grosza, znaczna część przewodu pokarmowego, tak zwane jelito cienkie, nie może być badane tą metodą, bo jest bardzo długie (5 – 7 m) i kręte, więc żadnej rury tam się wsadzić nie da.
Jako specjalista zajmujący się inżynierią biomedyczną wielkie nadzieje wiązałem z endoskopią kapsułkową. Zminiaturyzowane urządzenie elektroniczne w formie i rozmiarach kapsułki w której zażywamy różne leki (11 x 26 mm) może zawierać jeden lub dwa aparaty fotograficzne (robiące zdjęcia do przodu i do tyłu), diodę świecącą działającą jak lampa błyskowa oraz nadajnik radiowy, pozwalający przesyłać wykonane zdjęcia do zewnętrznego rejestratora. O tych ciekawych urządzeniach napiszę obszerniejszy osobny felieton, dziś bowiem chcę Państwu opisać modyfikację tych urządzeń osiągniętą przez włoskich naukowców, którzy znaleźli kluczowy element pozwalający budować takie elektroniczne sondy z materiałów, które mogą ulegać całkowitemu strawieniu w przewodzie pokarmowym człowieka.
Dlaczego to może być potrzebne?
Otóż zdarza się niekiedy, że kapsułka endoskopowa ugrzęźnie w jelicie cienkim i je całkowicie zablokuje. Tych przypadków jest bardzo mało (poniżej 1%) – ale się zdarzają. Gdy coś takiego się wydarzy konieczna jest operacja w calu usunięcia kapsułki, co powoduje, że cały przebieg badania musi się odbywać pod kontrolą lekarzy. A badanie takie trwa co najmniej 8 godzin!
Dlatego duże zainteresowanie inżynierów budzi tak zwana jadalna elektronika. Okazuje się, że bazując na technologii syntezy różnych związków organicznych można tworzyć urządzenia elektroniczne, których wszystkie składniki są w pełni jadalne. W tej postaci udało się już zbudować jadalne tranzystory, jadalne czujniki oraz jadalne mikrofony i jadalne nadajniki radiowe.
Problemem, którego najdłużej nie udało się rozwiązać, było zasilanie elektryczne. Urządzenia tradycyjnej elektroniki korzystają z baterii lub akumulatorów, w których istotną rolę odgrywają metale. Na przykład wspomniane wyżej endoskopy kapsułkowej muszą zawierać dwie baterię z tlenkiem srebra, w ogromnej liczbie urządzeń (także medycznych) zastosowanie znajdują akumulatory litowo-jonowe, używane też są baterie, w których wykorzystywana jest rtęć. Wszystkie one oczywiście nie nadają się do tego, by mogły być (w razie potrzeby) strawione w przewodzie pokarmowym.
Wspomniani wyżej włoscy naukowcy zbudowali akumulator (czyli baterię mogącą uzupełniać zapas energii) w której elektrody sporządzone są z substancji mogących podlegać trawieniu: ryboflawiny (katoda) i kwercetyny (anoda). Żeby elektrody te mogły przewodzić prąd – odpowiednie substancje zmieszano z węglem aktywnym wytwarzając swoisty kompozyt. Elektrolitem w tej jadalnej baterii jest wodny roztwór wodorosiarczanu sodu (soli jadalnej o kwaśnym smaku). Obudowę owej jadalnej baterii zbudowano z etylocelulozy, natomiast samo odprowadzenie prądu zapewniają kolektory ze złota dekoracyjnego, które jest dopuszczone do spożycia jako środek o symbolu E 175.
Stworzony jadalny akumulator jest łatwy do ładowania i wytrzymuje wiele cykli ładowania galwanostatycznego i rozładowywania poprzez zasilane układy elektroniczne, więc nadaje się eksploatacji. Ta technika może się okazać przydatna w wielu obszarach Inżynierii Biomedycznej!