MIT’ten yutulabilir pil: Vücutta üç gün çalışıp zamanla çözünebiliyor

Massachusetts Institute of Technology (MIT) öncülüğündeki araştırmacılar, mide ve bağırsaklara ulaşan geçici tıbbi cihazlara enerji sağlayabilen biyolojik olarak çözünebilen bir pil geliştirdi. Magnezyum ve molibden trioksit kullanan pil, domuzlar üzerinde yapılan deneylerde üç güne kadar çalıştı; ardından yapısı zaman içinde parçalanmaya başladı.

Nature Chemical Engineering dergisinde yayımlanan çalışmada tanıtılan sistem, yutulabilir elektronik cihazların vücutta görevini tamamladıktan sonra çıkarılmasına duyulan ihtiyacı azaltmayı hedefliyor. Araştırmacılar, bu pillerin sağlık verisi toplayan, ilaç kullanımını takip eden veya mideye elektriksel uyarı gönderen kapsüllerde kullanılabileceğini belirtiyor.

PİLİN TASARIMINDA YENİLEBİLİR KAPLAMALARDAN İLHAM ALINDI

Yeni pilin tasarımında, bazı yenilebilir şekerlemelerin çevresinde kullanılan ince pirinç kâğıdı benzeri yapılardan ilham alındı. Pilin elektrotlarında anot olarak magnezyum, katot olarak ise molibden trioksit kullanıldı. Enerji üretimini sağlayan bileşenler, zamanla parçalanabilecek selüloz bazlı bir yapı ve jel formundaki elektrolitle bir araya getirildi.

Mide asidinin pili çok kısa sürede bozmasını önlemek amacıyla dış yüzeye doğal balmumlarından oluşan koruyucu bir katman eklendi. Bu kaplama, pilin mide ortamında birkaç gün boyunca işlevini sürdürmesine yardımcı olurken, görev tamamlandıktan sonra yapının parçalanmasına da izin verecek şekilde tasarlandı.

1,84 VOLTA KADAR GERİLİM ÜRETEBİLİYOR

Araştırmacıların geliştirdiği pilin 1,84 volta kadar gerilim üretebildiği bildirildi. Farklı yutulabilir cihazlara uyarlanabilmesi için iki ayrı form hazırlandı: Bunlardan biri 7,5 milimetre çapında disk şeklinde, diğeri ise 24 milimetre uzunluğunda çubuk biçiminde tasarlandı.

Disk biçimindeki küçük pil, standart 000 boyutlu jelatin kapsüllerin içine yerleştirilebilecek ölçülerde üretildi. Çubuk biçimindeki versiyon ise mide yüzeyine elektriksel uyarı göndermesi planlanan kapsül tabanlı sistemde kullanıldı. Böylece aynı pil platformu hem kablosuz iletişim hem de geçici elektriksel tedavi uygulaması için test edildi.

DOMUZLAR ÜZERİNDE ÜÇ GÜNLÜK PERFORMANS

Pil, mide sıvısını taklit eden asidik ortamda ve canlı domuzlar üzerinde test edildi. Deneylerde pilin mide içinde üç güne kadar kararlı biçimde çalışabildiği, bu sürenin ardından performansının kademeli olarak azalmaya başladığı görüldü.

Araştırmacılar bir testte pili, vücut içinden sinyal gönderebilen biyolojik olarak çözünebilen bir RFID etiketiyle birleştirdi. Sistem, domuzun vücudu içinden yaklaşık 1,5 metre uzaklıktaki alıcıyla iletişim kurabildi. Bu tür bir düzenek, gelecekte yutulan bir ilacın vücutta ilerleyişinin veya hastanın ilacı alıp almadığının takip edilmesi amacıyla değerlendirilebilir.

RFID sistemi, kapsülün konumundan gelen sinyaldeki değişimleri izleyerek cihazın sindirim sistemi içerisindeki hareketi hakkında bilgi sağlayabiliyor. Ancak bu kullanım alanı henüz insanlarda klinik olarak doğrulanmış bir uygulama değil; mevcut sonuçlar hayvan deneyleriyle sınırlı.

MİDEYE ELEKTRİKSEL UYARI GÖNDERİLDİ

Pil, ikinci bir deneyde mideye düşük seviyeli elektriksel uyarı gönderen kapsül tabanlı bir sistemin enerji kaynağı olarak kullanıldı. Yaklaşık 20 dakika süren uyarının ardından domuzlarda açlıkla ilişkilendirilen ghrelin hormonunun seviyesinde artış gözlendi.

MIT’nin açıklamasına göre ghrelin düzeyindeki artış, uyarının sonunda yaklaşık yüzde 50’ye kadar ulaştı. Bu yaklaşım, özellikle iştah kaybı ve vücut ağırlığı azalmasıyla seyreden bazı hastalıklar için araştırılan geçici elektriksel tedavi yöntemleriyle bağlantılı olarak değerlendiriliyor. Çalışmadaki bulgular, yöntemin tedavi olarak kullanılmaya başladığını değil, böyle bir teknolojinin hayvan modelinde işlev gösterebildiğini ortaya koyuyor.

PİLİN PARÇALANMASI HAFTALAR VE AYLAR İÇİNDE GERÇEKLEŞİYOR

Laboratuvarda mide ortamını taklit eden sıvıyla yapılan testlerde pilin yaklaşık iki hafta içinde parçalanmaya başladığı belirlendi. Yapının tamamen çözünmesi ise birkaç ayı bulabiliyor. Bu nedenle pil, yutulduktan hemen sonra kaybolan bir yapıdan ziyade, görev süresi sona erdikten sonra kademeli olarak parçalanan geçici bir enerji kaynağı olarak tasarlandı.

Kullanılan bileşenlerin büyük bölümü vücut tarafından işlenebilecek veya sindirim sistemi yoluyla atılabilecek malzemelerden seçildi. Bununla birlikte sistemdeki tüm elektronik parçaların henüz tamamen biyolojik olarak çözünebilir olmadığı belirtildi. Özellikle elektriksel uyarı sisteminde kullanılan baskılı devre kartı, çalışmanın mevcut aşamasında tamamen parçalanabilen bir bileşen değil.

İNSAN DENEYLERİ HENÜZ BAŞLAMADI

Yeni pil teknolojisi şu aşamada insanlarda test edilmiş değil. Çalışmanın temel sonuçları, sınırlı sayıdaki domuz deneyleri ve laboratuvar ortamındaki çözünme testlerine dayanıyor. İnsanlarda kullanılabilmesi için pilin uzun vadeli güvenliği, parçalanan bileşenlerin vücutla etkileşimi ve tüm elektronik sistemin biyolojik olarak uyumlu hale getirilmesi konusunda ek araştırmalar gerekiyor.

Araştırmacılar, biyolojik olarak çözünebilen bu pillerin gelecekte geçici sensörler, ilaç takibini sağlayan kapsüller ve sindirim sistemi üzerinde elektriksel uyarı uygulayan cihazlar için kullanılabileceğini düşünüyor. Teknolojinin hedefi, görevini tamamlayan yutulabilir cihazların vücutta kalıcı bir pil bırakmadan çalışabilmesi ve ayrıca çıkarma işlemine duyulan ihtiyacın azaltılması.