Perangkat elektronik untuk memantau kesehatan pasien secara konstan sangat diminati dalam pengobatan modern. Implan ini dapat dibuat dari bahan yang sepenuhnya aman dan sinyal lonjakan kadar gula darah, tekanan darah, atau munculnya respons imun terhadap obat-obatan.
Terlepas dari kinerja jangka panjang, perangkat semacam itu perlu dibuang suatu hari nanti. Solusi yang jelas untuk masalah ini - operasi pengangkatan implan - jelas bukan yang terbaik, karena intervensi semacam itu akan menyakitkan dan terkadang berbahaya.
Oleh karena itu, banyak kelompok ahli biologi di seluruh dunia sedang mengembangkan perangkat yang dibangun ke dalam tubuh, yang dapat larut dan dikeluarkan secara mandiri dari tubuh setelah tanggal kedaluwarsa.
“Pembuatan implan semacam itu merupakan langkah maju yang besar. Sampai saat ini, belum ada kemajuan dalam pengembangan perangkat biomedis terlarut,”kata penulis bersama Jeffrey Borenstein dari studi baru di Draper Laboratory di Massachusetts, AS.
Pada 2012, rekan ilmuwan material Borenstein John Rogers dari University of Illinois dan kelompoknya memperkenalkan serangkaian chip silikon biodegradable yang mampu mengendalikan suhu atau deformasi mekanis, mentransmisikan informasi ke perangkat di luar tubuh (ke komputer atau smartphone, misalnya), dan bahkan memanaskan jaringan tubuh. untuk mencegah infeksi. Beberapa chip ini didukung oleh kumparan induksi yang menyediakan daya nirkabel dari sumber eksternal.
Tetapi transmisi energi nirkabel tidak terlalu cocok untuk implan subkutan, yang terkadang perlu ditempatkan di lapisan jaringan yang dalam atau bahkan di bawah tulang. Selain itu, komponen untuk perangkat semacam itu sangat kompleks dan tidak praktis. Setelah menyelidiki masalah ini, Rogers dan timnya telah menciptakan baterai yang sepenuhnya dapat terurai secara hayati untuk melengkapi perangkat yang ada.
Para insinyur menggunakan magnesium foil sebagai anoda, dan pelat besi, molibdenum, atau tungsten untuk katoda. Semua logam ini perlahan akan larut dalam tubuh, dan ion-ionnya pada konsentrasi rendah bersifat biokompatibel.
Elektrolit antara dua elektroda adalah buffer natrium fosfat. Semua komponen ini juga dikemas dalam polimer biodegradable, polianhidrida.
Video promosi:
Seperti yang dilaporkan dalam artikel yang diterbitkan di jurnal Advanced Materials, arus listrik perangkat dapat bervariasi tergantung pada logam yang digunakan di katoda. Misalnya, sel persegi satu sentimeter dengan anoda magnesium setebal 50 mikrometer dan katoda molibdenum setebal 8 mikrometer menghasilkan 2,4 miliampere.
Setelah larut, baterai melepaskan kurang dari 9 miligram magnesium. (Foto dari University of Illinois)
Setelah dibubarkan, baterai melepaskan kurang dari 9 miligram magnesium, yang berarti sekitar dua kali lipat stent arteri koroner magnesium yang telah berhasil diuji dalam uji klinis. Konsentrasi seperti itu mungkin tidak menimbulkan masalah, kata Rogers.
Sejauh ini, semua versi perangkat yang dapat terurai secara hayati mampu berfungsi di dalam tubuh selama 24 jam, tetapi para insinyur sudah bekerja untuk meningkatkan potensi kehidupan produktivitas. Mereka juga berharap untuk meningkatkan kepadatan energi dengan memodifikasi permukaan magnesium foil. Luas permukaan yang besar akan meningkatkan reaktivitas material. Menurut perkiraan awal penulis penelitian, baterai berukuran 0,25 sentimeter persegi dan tebal hanya satu mikrometer cukup mampu memberi daya pada sensor subkutan di siang hari.
Perhatikan bahwa perkembangan Rogers adalah pesaing potensial proyek Christopher Bettinger: yang terakhir menggunakan pigmen kulit melanin untuk membuat anoda demi keamanan maksimum bioakumulator. Meskipun demikian, analisis komparatif menunjukkan bahwa baterai anoda magnesium Rogers sama amannya, tetapi memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi dan masa pakai yang lebih lama, yang berarti mereka menang.
Borenstein menambahkan bahwa perangkat semacam itu dapat digunakan tidak hanya untuk pemantauan biomedis dan pengiriman obat, tetapi juga, misalnya, sebagai sensor untuk menilai keadaan lingkungan secara terus menerus. Sensor yang dapat terdegradasi dapat ditempatkan di laut, di mana mereka memantau tingkat kontaminasi, dan pada akhir hidupnya, sensor tersebut larut hampir tanpa jejak.
