Połykane czujniki pomagają lekarzom zaglądać do wnętrza organizmu bez skalpela, ale zawierają materiały, których nikt nie chciałby mieć ani w ciele, ani na wysypisku. Włoski zespół z unijnego projektu ELFO sprawdził, czy elektronikę da się zbudować z tego, co zwykle trafia na talerz i do łazienki: miodu, pigmentu z pasty do zębów czy soku z czerwonej kapusty. Część wyników zaskoczyła samych badaczy — a na końcu można sprawdzić, czy zaufałbyś technologii, którą trzeba połknąć.
Urządzenia, które pacjent połyka albo które wszczepia się do organizmu, przekazują lekarzom dane w czasie rzeczywistym, na przykład o temperaturze ciała i innych parametrach fizjologicznych. Dzięki takim odczytom specjaliści mogą trafniej dobrać leczenie i rzadziej sięgać po inwazyjne zabiegi czy operacje. Brzmi jak medycyna przyszłości, ale ta technologia ma słaby punkt.
Klasyczne urządzenia do połykania zawierają niebezpieczne materiały. Po zakończeniu pracy obciążają środowisko, a wcześniej mogą stanowić zagrożenie dla samego pacjenta. Mario Caironi, koordynator projektu ELFO, zwraca uwagę, że „Wprowadzanie większości istniejących urządzeń do połykania do organizmów pacjentów odbywa się pod ścisłym nadzorem ze względów bezpieczeństwa”. Według badacza utrudnia to prowadzenie masowych profilaktycznych badań przesiewowych.
Caironi i jego zespół z Laboratorium Elektroniki Drukowanej i Molekularnej przy Włoskim Instytucie Technologii postanowili pójść inną drogą. Budują elektronikę ze składników żywności, dodatków spożywczych i innych nietoksycznych surowców. Idea jest prosta: urządzenie wykonuje zadanie, a potem po prostu znika. „Po spełnieniu swojej funkcji urządzenia te mogą być trawione przez organizmy pacjentów, a nawet metabolizowane, nie pozostawiając żadnych odpadów elektronicznych” – tłumaczy naukowiec.
W ramach projektu powstały podzespoły potrzebne do dwóch koncepcyjnych produktów:
Pierwszy etap polegał na zebraniu materiałów, które mają przydatne właściwości elektroniczne, mogą zostać przyswojone przez organizm i spełniają wytyczne organów regulacyjnych, takich jak Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności oraz Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków. Badacze dopracowywali materiały, które mogą pełnić funkcję przewodników, izolatorów i półprzewodników. Potem sprawdzili je w symulowanych płynach żołądkowych i jelitowych, bo jadalny obwód musi zachować swoje właściwości również wtedy, gdy trafi do przewodu pokarmowego.
Część wyników okazała się dla zespołu niespodzianką, bo niektóre nietypowe materiały sprawdziły się zaskakująco dobrze. „Okazuje się, że miód jest świetnym materiałem do wytwarzania tranzystorów” – mówi Caironi. Pigment z pasty do zębów z kolei okazał się doskonałym i stabilnym półprzewodnikiem.
Do łączenia materiałów z obwodami, czujnikami i źródłami zasilania zespół wykorzystał techniki oparte na cieczach i niskich temperaturach, na przykład druk atramentowy. W ten sposób powstały między innymi:
Najgłośniejszym osiągnięciem projektu jest pierwszy na świecie jadalny akumulator. Powstał z ryboflawiny, kwercetyny, wodorostów nori, węgla aktywnego, jadalnego złota i wody morskiej. Magazyn TIME umieścił go na liście najlepszych wynalazków 2023 roku. W przyszłości ma umożliwić ładowanie inteligentnych tabletek za pomocą modułu pozyskującego energię. „Udoskonaliliśmy nasz jadalny akumulator w stopniu, który pozwala na wykorzystanie go do zasilania większości urządzeń przeznaczonych do spożycia” – podkreśla koordynator.
Drugi prototyp przyda się poza gabinetem lekarskim. Czujnik żywnościowy potrafi zarejestrować moment, w którym produkt został rozmrożony, a potem ponownie zamrożony, więc może zasygnalizować, że jedzenie nie nadaje się już do spożycia.
Zespół złożył zgłoszenia patentowe na przewodzącą prąd pastę oleożelową oraz na metodę przesyłania danych z wykorzystaniem naturalnego przewodnictwa ciała. Ta druga ma stać się podstawą projektu EAT, wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. „Celem projektu EAT jest opracowanie pierwszej w pełni jadalnej tabletki pozwalającej na pomiar czasu opróżniania żołądka” – zapowiada Caironi. Taki pomiar ma znaczenie dla dietetyków, którzy badają uczucie sytości. Docelowo tabletka ma być platformą dla kolejnych czujników.
ELFO wpisuje się w unijne strategie dotyczące medycyny spersonalizowanej, profilaktyki dopasowanej do potrzeb pacjentów oraz rozwoju zaawansowanych materiałów. To także czytelny przykład tego, jak blisko siebie leżą dziś inżynieria materiałowa, elektronika, dietetyka i medycyna.
Jadalna elektronika ma rozwiązać dwa problemy jednocześnie: bezpieczeństwo pacjenta i elektroniczne odpady. Zespół ELFO pokazał, że miód, pigment z pasty do zębów czy beta-karoten mogą działać jak elementy obwodów, a akumulator da się złożyć ze składników, które nadają się do zjedzenia. Kolejnym krokiem jest w pełni jadalna tabletka mierząca czas opróżniania żołądka.
Artykuł powstał na podstawie materiału serwisu CORDIS Komisji Europejskiej.
5 pytań · minuta
poleca:
