Pin tạo dòng điện từ axit dạ dày, tương lai cho những thiết bị y tế "sống" trong bụng người

Trong tương lai, bạn có thể nuốt vào bụng cả một thiết bị như những chiếc vòng theo dõi sức khỏe hiện tại. Nó sẽ ở đó, và ghi lại nhiều chỉ dấu sức khỏe quan trọng như nhiệt độ, nhịp tim, hơi thở… rồi truyền về điện thoại.

Điều đặc biệt, thiết bị này có thể ở trong bụng của bạn mãi mãi. Bởi pin của nó chạy bằng chính axit mà dạ dày tiết ra, không cần sạc, không chứa vật liệu cồng kềnh và không tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ.

Pin tạo dòng điện từ axit dạ dày, tương lai cho những thiết bị y tế "sống" trong bụng người

Viễn cảnh không xa được mở ra, sau khi các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Bệnh viện Phụ nữ Hoa Kỳ phát triển thành công một viên pin điện hóa nhỏ, chạy bằng axit dạ dày. Hệ thống này được chứng minh sẽ tạo ra đủ điện nặng để chạy các cảm biến, và thiết bị phân phối thuốc trong tương lai.

Những viên pin mở ra cơ hội cho phép các thiết bị, hoặc robot y tế cư trú trong đường tiêu hóa một thời gian dài, về lý thuyết thì đến chừng nào bạn vẫn còn sống. Các nhà khoa học nói đó sẽ là một giải pháp rẻ và an toàn hơn, thay thế cho những loại pin truyền thống hiện tại.

“Chúng ta phải tìm ra cách để cung cấp năng lượng cho các hệ thống có khả năng cư trú trong đường tiêu hóa suốt một thời gian dài”, Tiến sĩ Giovanni Traverso đến từ Bệnh viện Phụ nữ Hoa Kỳ cho biết. “Chúng ta nhận thấy ở đường tiêu hóa một cơ hội rất đặc biệt, đó là nơi có thể chứa các cảm biến và hệ thống phân phối thuốc. Nhưng điều trước hết cần giải quyết là làm thế nào cung cấp năng lượng cho chúng”.

Những viên pin chạy bằng axit dạ dày

Tiến sĩ Traverso trước đây đã tham gia cùng Giáo sư Robert Langer đến từ MIT để phát triển và thử nghiệm nhiều thiết bị cu trú trong đường tiêu hóa. Chúng có thể ghi lại nhiều thông số như thân nhiệt, nhịp tim, nhịp thở…

“Công việc có thể đưa chúng ta đến một thế hệ các viên thuốc điện tử được nuốt vào bụng, mở ra những phương pháp theo dõi sức khỏe và điều trị mới cho bệnh nhân”, giáo sư Langer nói. Các thiết bị này thường được cung cấp năng lượng từ một cục pin nhỏ. Nhưng pin thông thường sẽ hết điện sau một thời gian và nó đặt cơ thể vào một nguy cơ mất an toàn.

Để khắc phục những nhược điểm này, giáo sư Langer và Tiến sĩ Traverso đã làm việc với các đồng nghiệp của họ ở MIT: Anantha Chandrakasan và Phillip Nadeau là những nhà khoa học trước đây từng nghiên cứu rất nhiều về thiết bị điện tử công suất thấp.

Nguyên lý của viên pin tương tự như thí nghiệm với những quả chanh

Nguyên lý của những viên pin chạy bằng dịch axit dạ dày rất đơn giản. Thậm chí, nó có phần giống với một thí nghiệm phổ thông, khi bạn cắm một thanh đồng và một thanh kẽm vào vài quả chanh. Axit citric trong chanh tạo thành môi trường cho phản ứng điện hóa và hình thành một hiệu điện thế giữa hai cực.

Để tái tạo điều này trong các viên pin được đặt vào dạ dày, các nhà nghiên cứu cũng đã đặt các cực đồng và kẽm trên bề mặt pin. Kẽm khi đó phát ra một lượng ion, truyền qua axit dạ dày để tạo dòng điện. Năng lượng sinh ra đủ để chạy một cảm biến nhiệt độ và bộ phát tín hiệu 900 megahertz.

Thiết bị đã được thử nghiệm trên lợn. Nó được giữ 6 ngày trong hệ thống tiêu hóa. Trong khi ở dạ dày, pin sản xuất đủ năng lượng cho thiết bị “sống” và gửi dữ liệu liên tục mỗi 12 giây, về một trạm thu đặt trong bán kính 2 m.

Tuy nhiên, khi thiết bị đi tới ruột non, nó chỉ sản xuất ra một lượng điện bằng 1/1.000 lần khi ở dạ dày. “Nhưng nó vẫn có năng lượng, chỉ là thời gian dài hơn để thu được điện và truyền tải các thông tin ở tần suất thấp hơn”, Tiến sĩ Traverso nói.

Thu nhỏ thiết bị

Nguyên mẫu hiện tại của thiết bị là một khối trụ dài 40 mm có đường kính 12 mm. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nói rằng họ có thể thu nhỏ kích thước thiết bị xuống 3 lần, mà vẫn mang theo một nguồn thu, bộ phát tín hiệu và một vi xử lý nhỏ.

“Có một thách thức lớn đối với các thiết bị y tế dạng cấy ghép là hệ thống quản lý, chuyển đổi lưu trữ và sử dụng năng lượng. Nghiên cứu này cho phép chúng ta hình dung ra những thiết bị y tế mới, sử dụng chính cơ thể của chúng ta làm điều kiện vận hành cho một hệ năng lượng tự duy trì hoàn toàn“,Chandrakasan nói.

Sau khi có thể thu nhỏ được thiết bị, bước tiếp theo mà các nhà nghiên cứu tại MIT định làm là thêm vào đó các cảm biến và phát triển nó thành một dụng cụ giám sát lâu dài.

Đây là kích thước thiết bị hiện tại, nhưng nó có thể nhỏ lại tới 3 lần trong tương lai

“Bạn có thể có một viên thuốc tự cấp nguồn điện, giúp theo dõi các chỉ dấu quan trọng của cơ thể trong vài tuần. Bạn thậm chí không cần phải bận tâm về nó. Thiết bị nằm trong bụng, làm nhiệm vụ đo lường và truyền tín hiệu về điện thoại của bạn”, Nadeau cho biết.

Bên cạnh đó, những thiết bị như thế này cũng có thể được dùng để phân phối thuốc điều trị. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phát hành thành công những phân tử thuốc được bao gói trong vàng từ đó. Điều này sẽ rất hữu ích trong nhiều tình huống, chẳng hạn như khi các bác sĩ cần thử nghiệm nhiều liều lượng thuốc khác nhau với bệnh nhân cao huyết áp.

Tham khảo MIT, Tonic