Tehnološke tvrtke razvile su mnoge uređaje koji rade izvan tijela, poput mobitela, pametnih satova, tableta i stotine drugih. Ali što s uređajima koji bi funkcionirali unutar ljudskog tijela? Kad bismo mogli napajati takve uređaje, to bi ubrzalo razvoj biomedicinskih istraživanja i njihovu primjenu u kemijskim senzorima, sustavima za isporuku lijekova i uređajima za elektrostimulaciju.

Rješenje za tanko crijevo

Upravo tim tragom krenuli su i istraživači biobaterija sa Sveučilišta Binghamton koji misle da imaju rješenje za teško dostupno tanko crijevo. Zapažanja tamošnjeg Odsjeka za elektrotehniku i računalno inženjerstvo ovih su dana objavljena u časopisu Advanced Energy Materials.

Istraživači su već ranije razvili kameru za gutanje koja može prodrijeti do nekih nedostupnih regija u tankom crijevu. Ti uređaji čine mnoge dobre stvari, od slikanja do isporuke lijekova. No, problem je njihova trajnost jer koriste primarne baterije s ograničenom količinom energije pa ne mogu funkcionirati na duge staze. 

Mikrobni gorivni članci

Novo rješenje temelji se na nalazima do kojih su istraživači s Binghamtona došli posljednjih desetak godina, koliko proučavaju mogućnosti korištenja bakterija za stvaranje niske razine električne energije koja može napajati senzore i Wi-Fi veze.

Međutim, opcije unutar tankog crijeva manje su održive: tradicionalne baterije mogu biti štetne za ljudsko zdravlje, bežični prijenos energije je neučinkovit, tijelo ne osigurava dovoljno promjena za toplinsku energiju, a pokreti u crijevima su prespori za mehaničku energiju. Ove nove baterije stoga koriste potpuno novi pristup koji se sastoji od mikrobnih gorivnih članaka s bakterijama Bacillus subtilis koje stvaraju spore i ostaju inertne dok ne dođu do tankog crijeva.

pH-osjetljiva membrana

Kako bi ove mikro-gorivne članke natjerali da selektivno rade u tankom crijevu, istraživači su koristili pH-osjetljivu membranu koja zahtijeva određene uvjete da bi se aktivirala.

"Kad pogledate naš gastrointestinalni trakt, jednjak ima neutralan pH, isti kao i tanko crijevo, ali vrijeme prolaska je samo 10 sekundi. Neće se aktivirati u ovom području, a nikad neće djelovati u želucu jer želudac ima vrlo nizak pH. Djeluje samo u tankom crijevu", objašnjavaju istraživači.

Gutanje bakterija

Onima koji se možda protive gutanju bakterija, istraživači odgovaraju da su naša tijela ionako puna netoksičnih mikroba koji pomažu u probavi i drugim funkcijama.

"Mi koristimo ove spore kao uspavani biokatalizator koji se može pohraniti. Spore mogu proklijati kad su dostupne hranjive tvari, nastaviti vegetativni život i generirati energiju", kažu istraživači s Binghamtona, uvjereni kako njihovi mikro-gorivni članci imaju ogroman potencijal, ali pred njima je još dug put. Za početak, baterije moraju proći testiranje na životinjama i ljudima, kao i studije biokompatibilnosti.

Istraživači žele povećati i brzinu kojom gorivni članci klijaju. Za taj je proces trenutno potrebno oko sat vremena. Uz to, članci generiraju oko 100 mikrovata po kvadratnom centimetru gustoće snage, što je dovoljno za bežični prijenos, ali deset puta više ponudilo bi mnogo više opcija.