Мікроелектронні пристрої, що використовуються для оперативної діагностики та лікування, можуть працювати на електриці, що виробляється в кислому середовищі шлунка.
Захворівши, ми здаємо безліч аналізів, вимірюємо температуру, прислухаємося до больових відчуттів, щоб потім розповісти про них лікарю.
Однак деякі з аналізів можуть бути особливо неприємними - як, наприклад, у тому випадку, коли потрібно взяти пробу шлункового соку. З іншого боку, інформація, яку ми отримуємо таким чином, часто виявляється неповною. Нарешті, традиційні методи діагностики часто запізнюються, або ж просто не відчувають тривожні коливання важливих фізіологічних параметрів - в середньому все відповідає нормі. Тому останнім часом медики і біотехнологи все частіше замислюються над тим, щоб створити електронні мікродатчики, які людина б просто проковтувала і які повідомляли б інформацію про нього прямо зсередини, так би мовити, «з місця подій».
Власне, такі мікродатчики вже роблять: деякі з них вимірюють внутрішню температуру тіла, а позаминулого року дослідники з Массачусетського технологічного інституту розповіли у своїй статті в PLoS One про мікроелектронну «таблетку», яка вловлює ритми дихання і серцевих скорочень, перебуваючи в шлунково-кишковому тракті.
Власне, роботу серця і роботу легенів можна оцінити за допомогою електрокардіографії та пульсової оксиметрії, але обидва ці методи вимагають досить об'ємного обладнання, і, якщо ми хочемо отримувати дані постійно, під час повсякденної активності, потрібно придумати щось ще - не ходити ж, зрештою, обвішаним електродами і дротами.
«Таблетка», розроблена Джованні Траверзо (Giovanni Traverso) і його колегами, являє собою крихітний мікрофон в силіконовій капсулі, який прислухається до людини зсередини і передає почуті звуки бездротовим способом на електронний обробний пристрій зовні. Такий датчик дійсно може повідомити про якісь проблеми в організмі, ледь тільки вони почнуться і до того, як вони перетворяться на щось клінічно серйозне. Термін служби капсули - один-два дні, а відстань передачі сигналу поки не перевищує 3 м, але і один день безперервного спостереження - це вже непогано, а відстань передачі не здається такою вже великою проблемою, якщо сигнал зможе приймати, скажімо, звичайний смартфон, який потім сам передасть його ще далі.
Втім, і час роботи таких пристроїв можна продовжити, якщо забезпечити їх якимось більш «довгограючим» джерелом енергії. Звичайний елемент живлення, від якого працює датчик, порівняно швидко розряджається, і, крім того, потенційно небезпечний. Однак дослідники знайшли, чим його можна замінити. Вони використовували ту ж ідею, що лежить в основі «лимонної батарейки»: відомо, що якщо в лимон вставити два електроди, то завдяки лимонній кислоті між ними виникне електричний струм. У шлунку середовище досить кисле, так чому б не використовувати його в якості джерела живлення? До мікроелектронної капсули приробили цинковий і мідний електроди - і струм пішов: електрони з цинку виходили в кисле середовище і замикали гальванічний ланцюг.
Метод перевірили на «проковтуваному термометрі»: капсулу з термосенсором згодовували свині, а потім реєстрували сигнал від передавача, який приходив на частоті 900 Мгц. Поки «термометр» знаходився в шлунку, де кислоти багато, сигнал приходив кожні 12 секунд і поширювався на відстань у два метри. Коли капсула природним шляхом пропутішила зі шлунка в тонкий кишківник, де кислотність вже не така висока, потужність пристрою впала до 1/100 від того, що було шлунку, однак і цього було достатньо, щоб вимірювати температуру всередині і передавати інформацію назовні, нехай і не так часто. Повністю результати експериментів описані в Nature Biomedical Engineering.
Поки що розміри такого датчика, здатного працювати «від шлунка», досить великі - 40 мм в довжину і 12 мм в діаметрі - проте автори роботи не сумніваються, що їм вдасться зробити його ще менше, при цьому забезпечивши його ще додатковими сенсорними системами.
Більше того, подібні пристрої можна використовувати як для діагностики, так і для лікування: торік той самий Джованні Траверзо з колегами опублікував у Science Translational Medicine статтю, в якій описували аналогічну капсулу, але начинену ліками від малярії - капсула поступово вивільняла ліки в тій кількості, скільки було потрібно, і тоді, коли було потрібно.
Очевидно, така медична електроніка «для внутрішнього вживання» може стати в нагоді в розробці нових методів лікування, орієнтованих на індивідуальні особливості кожного хворого.