توسعه حسگرهای پزشکی که از اسید معده انرژی می‌گیرند

ابزارهای پزشکی داخلی نظیر ضربان‌ساز قلب نیازمند یک منبع انرژی قابل‌ اطمینان هستند؛ اما باتری‌ این دستگاه‌ها حجیم و فناوری نیز در حال کوچ به‌سوی ابعاد نانو است. با توجه به ریسک‌های ایمنی مرتبط با باتری‌های رایج، درک روی آوردن گسترده به منابع انرژی جایگزین و تلاش محققان برای یافتن روش‌های خلاقانه و گاهی عجیب، قابل‌ فهم است.

محققان دانشگاه برن در سوئیس اعلام کرده‌اند که موفق به ساخت سلول‌های خورشیدی زیرپوستی شده‌اند که می‌توانند انرژی موردنیاز برای دستگاه ضربان‌ساز قلب را تأمین کنند. حالا محققانی از دانشگاه MIT و بیمارستان Brigham and Women توانسته‌اند قدرت اسید معده را برای راه‌اندازی حسگرهای خوراکی کوچک به کنترل خود درآورند.

این ابزار که انرژی خود را از اسید معده به دست می‌آورد، از اصل مشابه باتری لیمویی (منبع انرژی موقت به‌دست‌آمده از دو الکترود موجود در یک لیمو) بهره می‌برد. جیوانی تراوِرسو، یکی از محققانی که سرپرستی این پروژه را به عهده دارد، می‌گوید:

در ابزار ما اسید موجود در دستگاه گوارش به‌عنوان الکترولیت عمل می‌کند. در این سیستم مس و روی به ترتیب نقش کاتد و آند را ایفا می‌کنند. دستگاه ما شامل تجهیزات الکترونیکی برای تقویت انرژی باتری و تبدیل آن به یک ولتاژ بالاتر می‌شود. برای مثال، دستگاه ما توانایی تشخیص درجه حرارت بدن و انتقال بی‌سیم آن را دارد.

تراورسو با آنانتا پی چاندراکاسان و رابرت لانگر همکاری داشته و اخیراً به کمک آن‌ها موفق به ساخت یک ابزار خوراکی برای اندازه‌گیری علائم حیاتی بیمار نظیر درجه حرارت و ضربان قلب در هنگام حرکت دستگاه در بدن شده است.

یک مقاله‌ی منتشرشده در مجله‌ی Nature Biomedical Engineering نحوه‌ی آزمایش این دستگاه در بدن خوک‌ها و کسب انرژی از اسید معده‌ی آن‌ها را تشریح می‌کند. این ابزار قادر خواهد بود اطلاعات به‌دست‌آمده را در هر ۱۲ ثانیه و از فاصله‌ی تقریباً ۲ متری به شکل بی‌سیم ارسال کند. اگرچه میزان انرژی این ابزار پس از خروج معده و ورود به روده‌ی کوچک به‌شدت افت می‌کند، اما همچنان می‌تواند انرژی لازم برای ارسال داده‌ها (هرچند اندک) را تولید کند.

تراورسو می‌گوید:

این دستگاه پتانسیل جذب انرژی طولانی‌مدت از دستگاه گوارش را دارد و می‌تواند در تشخیص بیماری‌ها و درمان آن‌ها کاربرد وسیعی داشته باشد. به‌علاوه ما توانستیم به‌طور پیوسته درجه حرارت بدن را به‌عنوان یک نمونه کنترل کنیم و همچنین با استفاده از انرژی به‌دست‌آمده، پتانسیل مصرف دارو (دارورسانی) را نشان دهیم.

نمونه‌ی فعلی این دستگاه دارای ۴۰ میلی‌متر طول و ۱۲ میلی‌متر قطر است؛ اما محققان امیدوار به کاهش ابعاد این دستگاه به یک‌سوم در آینده هستند.

تراورسو در پایان خاطرنشان کرد:

ما علاقه‌مند به ترکیب این دستگاه‌ها با سایر تکنولوژی‌های در دست ساخت خود برای افزایش ایمنی و بالا بردن دوام آن‌ها در دستگاه گوارش هستیم. از همه مهم‌تر، تیم ما در حال ساخت حسگرهایی است که می‌توانند با اندازه‌گیری علائم حیاتی بدن، سریع‌تر از حال حاضر بیماری را تشخیص دهند. ما در کنار استفاده از دارو (دارورسانی)، به ساخت مجموعه‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی خوراکی با دوامِ بالا، امید داریم.