اسید معده فقط برای تجزیه غذاهایی که می خوریم، که البته برخی از آنها را نباید بخوریم، مفید نیست. این اسید می تواند به گونه ای تحت کنترل درآید که قدرت لازم برای حرکت یک دستگاه خیلی کوچک در داخل بدن ما را تامین کند.
گویا آی تی – دانشمندان یک سلول ولتائیک خوراکی ساخته اند که وقتی بلعیده شود، در داخل دستگاه گوارش به حرکت در می آید و وقتی با اسید داخل معده و روده تماس پیدا کرد، انرژی تولید می کند.
این سلول می تواند برای هدایت حسگرهایی که بر علائم حیاتی مانند ضربان قلب یا تنفس نظارت دارند، یا به عنوان یک باتری برای دستگاههایی که دارو را از داخل بدن وارد اندامها می کنند به کار رود.
یک متخصص مهندسی پزشکی از دانشگاه MIT، به نام جیووانی تراورسو، می گوید “ما باید به دنبال راههایی برای تامین قدرت حرکت این سیستم های خوراکی در طولانی مدت باشیم”.
“ما می بینیم که دستگاه گوارش، فرصتی واقعا منحصر به فرد فراهم کرده که بتوان از آن به عنوان بستر سیستم های جدید تحویل دارو و حسگر استفاده کرد. نکته اساسی در این سیستم ها، شیوه طراحی و هدایت آنهاست”.
این سلول ولتائیک، یکی از آزمایش های دوران دبیرستان را به یاد می آورد: باتری لیمویی. در این باتری اسید سیتریک موجود در لیمو یک جریان الکتریکی ضعیف میان دو الکترود ایجاد می کرد.
در نسخه ای از این باتری که محققان ساخته اند، با یک کپسول استوانه ای نسبتا بزرگ خوراکی مواجه هستیم. این کپسول تقریبا ۴۰ میلیمتر طول و ۱۲ میلیمتر قطر دارد ( ۱٫۶ اینچ در ۰٫۵ اینچ). الکترودهایی از جنس روی و مس به سطح این دستگاه متصل شده اند.
کپسولی با این اندازه برای مصرف انسان خیلی بزرگ است. محققان می گویند کوچکتر کردن این کپسول در آینده امکان پذیر است . می توان اندازه آن را به یک سوم اندازه فعلی رساند. در آن صورت افراد می توانند آن را ببلعند. اما نمونه فعلی فقط روی خوک ها آزمایش شده است.
روی این کپسول، الکترود روی (zinc) به عنوان آند عمل کرده و وقتی در تماس با اسید معده قرار می گیرد، یون گسیل می کند. اسید معده نقش الکترولیک را دارد و جریان الکتریکی را به کاتد مسی منتقل می نماید.
هنگام آزمایش این دستگاه در معده خوک ها، ولتاژی در حدود ۰٫۱ تا ۰٫۲ ولت تولید می شود، اما محققان می توانند با استفاده از یک خازن که در داخل کپسول قرار می گیرد، این ولتاژ را به ۲٫۲ تا ۳٫۳ ولت برسانند.
این ولتاژ در حدود ولتاژ یک باتری قلیایی کوچک است. و برای محققان کافی است تا یک حسگر دما و یک فرستنده بی سیم ۹۰۰ مگاهرتزی که داخل کپسول تعبیه شده را به کار اندازند.
با نیروی تولید شده توسط این سلول، حسگر دمای داخل معده خوک را می خواند. سپس، داده های به دست آمده به ایستگاه پایه ای که در فاصله دو متری (۶٫۶ فوتی) قرار دارد منتقل می شوند. هر ۱۲ ثانیه یک سیگنال جدید ارسال می شود.
یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی، مهندس فیلیپ نادو به آبی اولنا خبرنگار نشریه Science گفت “می توانیم نیرویی فراهم کنیم که برای اندازه گیری دما به صورت دقیقه به دقیقه و انتقال داده ها به صورت بی سیم کافی باشد”.
اندازه این کپسول به عملکردی که از سلول انتظار داریم بستگی دارد. این کپسول ۴۰ میلیمتری بدان دلیل تا این حد بزرگ بود که باید شامل حسگرهای دما و بیسیم شود.
همین تیم تحقیقاتی یک کپسول خوراکی خیلی کوچکتر، با اندازه تقریبی ۲ در ۱ در ۱٫۵ میلیمتر ( ۰٫۰۸ در ۰٫۰۴ در ۰٫۰۶ اینچ) نیز تولید کرده است. این کپسول می تواند برای آزاد کردن دارو توسط یک فیلم طلایی به کار رود.
مزیت این سیستم ها آن است که دارای یک منبع تغذیه خوراکی هستند. این منبع می تواند به همه انواع حسگرها و اجزای دارویی و پزشکی متصل شود. و بر خلاف باتری های معمولی، هیچگونه ماده شیمیایی خطرناکی در آن نیست.
مهندس هانکینگ جیانگ از دانشگاه ایالت آریزونا، که در این تحقیق شرکت نداشته، به نشریه Scientists گفت “معمولا، اگر بخواهید یک باتری را وارد بدن کنید، باید آن را با مواد خاصی که بی اثر بوده و الکترود ها و الکترولیت را مهر و موم می کنند، بسته بندی نمایید”.
جیانگ اضافه می کند “با باتری هایی که این تیم تحقیقاتی ساخته اند، احتمال آن وجود دارد که الکترولیت به مایعات بدن انسان نشت کند که برای بدن مضر یا سمی است”.
وقتی یک خوک این کپسول را بلعید، شش روز طول کشید تا در دستگاه گوارشش حرکت کند.
اسیدیته بالای اسید معده، بیشترین قدرت را برای این دستگاه تامین می کند، در حالی که وقتی کپسول وارد محیط خنثی تر روده کوچک می شود، واکنش های شیمیایی، ولتاژی تولید می کنند که حدودا یک صدم مقدار اولیه است.
تراورس در یک مصاحبه مطبوعاتی گفت “اما در آن مرحله هم قدرت کافی را دارد که بتواند در یک دوره زمانی طولانی تر به فعالیت خود ادامه دهد. البته بسته های اطلاعاتی کمتری را منتقل می نماید”. کاربرد این باتری های خوراکی در مورد انسان به این زودی ها رخ نمی دهد، زیرا به تحقیقات و آزمایش های بیشتری نیاز است تا مطمئن شویم برای بدن انسان امن هستند.
امکانات موجود در این کپسول ها واقعا عظیم هستند و شاید روزی برسد که آنها حتی شامل حسگرها و فناوری های پیچیده ای شوند که به پیشگیری از بیماری هایی مانند سرطان کمک کنند.
سمیر سونکاسال، یک محقق از دانشگاه تافتز است که در این تحقیق شرکت نداشت. او به نشریه The Sientists گفت “زخم معده می تواند باعث بروز سرطان شود. در نتیجه اگر حسگرهایی در آن قرار دهید، می توانید بر پوشش داخلی اندام های دستگاه گوارش نظارت داشته باشید. به این ترتیب، از تبدیل شدن زخم ها به تومور جلوگیری می کنید”.
یافته های این تحقیق در Nature Biomedical Engineering گزارش شده اند.
