Батарейка на завтрак: что такое пищевая электроника?

Если гибкими компактными батареями, встроенными в одежду, уже мало кого можно удивить, то съедобные батареи вызывают смешанные чувства. Съесть батарейку? А так можно? Это безопасно? А главное — зачем? Ответ прост: пока главной областью применения таких устройств остается медицина, а конкретнее — производство имплантов.

Такую батарейку разработали ученые из Итальянского технологического института для диагностики и лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. Само собой, ученые не раз экспериментировали с «рецептом». И добились самого оптимального сочетания из вещества, в состав которого вошли миндаль, каперсы, водоросли нори и другие ингредиенты.

Анод в такой батарейке сделан из рибофлавина — витамина В2, который есть в миндале. Катодом ученые сделали кверцетин из каперсов. Для увеличения электропроводимости исследователи применили активированный уголь, а электролит сделали на водной основе. Избежать короткого замыкания помогают водоросли нори — вы наверняка не раз ели их в суши и роллах. Наконец, сами электроды «вмонтировали» в пчелиный воск. Из него на подложке из целлюлозы вывели контакты из золотой фольги, которую используют кондитеры. Вместе эти вещества и производят электричество в организме.

Аккумулятор работает на низком напряжении в 0,65В, безопасном для человека. Он обеспечивает ток в 48 мкА и может работать от пары минут до почти часа, а после завершения своей миссии она растворяется в желудочно-кишечном тракте. Ученые доказали эффективность и безопасность концепции и теперь разрабатывают более емкие съедобные аккумуляторы, но при этом менее габаритные.

Ранее автономное питание изобрели в Швейцарии для людей с сахарным диабетом. Дело в том, что при сахарном диабете первого типа организм перестает вырабатывать инсулин, поэтому пациенты должны все время получать его из внешней среды. Эту проблему решают инсулиновые помпы, которые прикрепляются на тело и автоматически регулируют уровень сахара в крови. Они сильно упрощают жизнь, однако пациенты все равно должны быть начеку, ведь питание таких устройств зависит от внешнего источника. Чтобы избавить людей с диабетом от необходимости все время проверять заряд батарейки, ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха создали имплантируемый топливный элемент.

Имплант вводится под кожу и питается излишками глюкозы. За счет альгинатного покрытия, которое впитывает и пропускает глюкозу, и вырабатывается ток. Для автономной регуляции сахара в крови топливный элемент объединили с искусственными бета-клетками поджелудочной. При повышении уровня глюкозы в крови активируются все элементы механизма и запускается выработка инсулина. Как только уровень глюкозы стабилизируется, выработка электроэнергии и инсулина прекращается. Интересно, что энергии хватает не только для работы устройства и стимуляции клеток поджелудочной, но и для работы со смартфоном. Через приложение пациент может внести все необходимые изменения в процесс.

Новая технология обладает большим потенциалом: применять ее можно будет не только диабетикам, но и пациентам с кардиостимуляторами.

Последние исследования в области пищевой электроники серьезно расширяют возможности медицины. Кто знает, может они и как минимум покончат с неприятным глотанием трубки для диагностики и лечения ЖКТ, а как максимум — помогут пациентам хотя бы иногда забывать о своих заболеваниях?...

Но на здоровье область применения съедобных батарей не заканчивается. Их можно использовать для мониторинга качества пищевых продуктов или накопления энергии. Сегодня спрос на такие аккумуляторы, которые могут запасать зеленую энергию, растет как на дрожжах, но промышленные батареи вроде литий-ионных очень токсичны. Батарея из биоразлагаемых продуктов хоть и не заменит аккумулятор для электрокара, но все же внесет свою лепту в сохранение природы.