科学者たちは、体内で時間の経過とともに無害に溶解し、ワイヤレス充電が可能で、実験用ラットでその有効性が証明された、埋め込み型薬剤送達ウィジェットを開発したと発表した。
中国の蘭州大学と大連大学、そして米国のペンシルベニア州立大学の研究者らによると、この装置は、モリブデン硫化物（MoS 2）を正極、亜鉛箔を負極、そしてアルギン酸ゲルを電解質とするスーパーキャパシタで駆動されているという。この部品は1.3ボルトを出力でき、これは薬剤送達装置に約10日間電力を供給するのに十分な電圧で、その後分解されて体内に無害に吸収されるという。
この装置を患者に埋め込むと、簡単にワイヤレス充電できるスーパーキャパシターによって電力が供給され、時間の経過とともに薬剤が放出されます。治療終了時には、この装置は粗雑な電子回路も含めて完全に無害に溶解します。
この設計を解説した論文では、このアプローチが既存のバイオエレクトロニクスのいくつかの問題をいかに克服できるかが説明されています。生分解性バッテリーは確かに存在しますが、それらは持続時間が短く、不安定な放電をしてしまう傾向があると言われています。つまり、一時的なインプラントは電源に接続するか、性能の悪いバッテリーを使う必要があり、これは理想的とは言えません。また、永久的に埋め込まれるバッテリーは、大きくて硬く、体の動きに合わせて曲がらない傾向があります。
したがって、小型で曲げやすく、ワイヤレス充電可能で信頼性の高い電源が望ましく、この硫化モリブデンの装置がぴったりかもしれません。
研究者たちは、マグネシウムコイルを用いて誘導充電し、体の動きに合わせて柔軟に動く蓄電インプラントを設計した。充電コイル、スーパーキャパシタ、制御基板、薬剤送達モジュールといったデバイスの様々なコンポーネントはすべて、柔軟で生分解性のあるポリL-乳酸基板上に構築されている。
科学者たちが開発した生分解性発電モジュール…クリックして拡大。出典：蘭州大学 HW Sheng。
スーパーキャパシタは、電極間の電界にエネルギーを蓄える一般的なコンデンサと同じように機能し、バッテリーの代替として機能します。これらのスーパーキャパシタはバッテリーほどの電荷を蓄えることはできませんが、小型で十分な性能を備え、十分な安定性と冷却性を備えているため、体内に挿入できると言われています。
実験用ラットの発熱の治し方
研究者たちは、酵母菌による発熱を起こした実験用ラットを用いて、この設計をテストした。ラットの体内に埋め込まれたインプラントは、非ステロイド性抗炎症薬イブプロフェンを放出するように設定されており、一方のグループには充電されたインプラントを、もう一方のグループにはスーパーキャパシターが充電されていないインプラントを、そして3つ目のグループを対照群とした。
研究チームによると、インプラントは予定の約10日間機能したが、その後は劣化し、充電できなくなったため、ラットの体内で溶解するに任せた。研究チームは、インプラントから2か月後、「デバイスは完全に溶解した」ことを発見した。
インプラントが時間の経過とともに溶解していく様子を観察するin vitroサンプル。少し抵抗がある方のために、in vivo画像も論文に掲載されています（クリックして拡大）。出典：HW Sheng、蘭州大学。
研究者らは、この実験を「さまざまな一時的な埋め込み型バイオエレクトロニクス機器の進歩に向けた重要な一歩」と評価したが、同時に、電力を消耗せずにインプラントのオン・オフを切り替えることができないなどの未解決の問題も認めた。
- ニューラリンクは人体実験への参加を希望する参加者を募集している
- 「バイオハッカー」が皮膚の下に公共交通機関の切符を埋め込む
- 体内電気ウナギ技術で体脂肪から電気を作る
- インフィニオン、水に溶けるリサイクル可能な回路基板を提供へ
「薬剤の放出を瞬時にオン・オフすることは非常に困難な課題であり、深く探求する必要がある」と研究者らは指摘した。もう一つの知見は、デバイスを封入するワックスとポリマーコーティングの厚さ、微細構造、そして化学組成を変えることで、デバイスの寿命を変えることができるという点だった。
この論文は、生分解性スーパーキャパシタに関する最初の論文ではありません。薬剤投与研究の主任研究者であるHongwei Sheng氏は、2021年にラットに埋め込まれた酸化モリブデンスーパーキャパシタの有効性を実証しましたが、その研究では充電式デバイスは使用されていませんでした。®
