Пігулка, яка перевіряє, як почувається твій кишківник, а потім просто перетравлюється, як їжа, звучить як наукова фантастика. Проте проєкт ELFO, який підтримує ЄС і який із 2020 до 2025 року виконували в Італійському технологічному інституті, створив саме таку електроніку з меду, пігменту зубної пасти, морських водоростей і соку червонокачанної капусти. Мета — безпечніші та сталіші пристрої, які колись зможуть замінити частину інвазивних процедур. А наприкінці ти зможеш перевірити, чи заслуговує пігулка з сенсором на твою довіру.
Пристрої, які можна проковтнути, дають неінвазивний спосіб зазирнути всередину тіла. Їх ковтають, як звичайну пігулку, і вони можуть у реальному часі відстежувати pH, температуру тіла та інші фізіологічні показники, що зменшує потребу в інвазивних процедурах.
Така обіцянка. Реальність, за словами команди проєкту ELFO, який підтримує ЄС, трохи складніша.
Сучасні пристрої, які ковтають, містять матеріали, небезпечні для пацієнтів і шкідливі для довкілля після викидання. Це має практичні наслідки й для медицини. Як каже координатор проєкту Маріо Каіроні (Mario Caironi) з Лабораторії друкованої та молекулярної електроніки Італійського технологічного інституту: «Застосування більшості сучасних пристроїв, які ковтають, має відбуватися під наглядом з міркувань безпеки, що призводить до втрачених можливостей для масових програм скринінгу здоров’я».
Іншими словами, якщо за кожним проковтнутим сенсором має стежити фахівець, цю технологію важко застосовувати у великих масштабах.
ELFO, скорочення від «Електронна їжа: створення їстівних електронних систем для біомедичних застосувань і моніторингу харчових продуктів», поставив собі за мету розв’язати цю проблему, створюючи їстівну електроніку з харчових матеріалів. Проєкт фінансувала Європейська дослідницька рада в межах програми «Горизонт 2020», він тривав із 1 вересня 2020 до 31 серпня 2025 року, а внесок ЄС становив 1 980 000 євро.
Ідею легко сформулювати, але важко втілити: пристрої, які виконують свою роботу, а потім зникають безслідно. Каіроні пояснює: «Після виконання своєї функції ця електроніка може природно перетравлюватися або навіть метаболізуватися, без електронних відходів».
Дослідники почали зі створення бібліотеки матеріалів-кандидатів, які мають корисні електронні властивості й легко засвоюються організмом. Щоб вирішити, що вартує уваги, вони орієнтувалися на регуляторів, як-от Європейське агентство з безпеки харчових продуктів і Управління з контролю за продуктами та ліками США (FDA).
Далі команда оптимізувала матеріали, щоб вони могли працювати як провідники, ізолятори або напівпровідники, тобто основні будівельні блоки будь-якої електронної схеми. Потім настав ключовий крок: випробування в імітованих шлункових і кишкових рідинах, щоб переконатися, що властивості зберігаються всередині тіла, а не лише на лабораторному столі.
Деякі результати здивували навіть учених. «Було дуже цікаво побачити, як деякі екзотичні матеріали працюють несподівано добре. Мед виявився чудовим для керування затворами транзисторів, а пігмент зубної пасти пропонує відмінний стабільний напівпровідник», — каже Каіроні.
Використовуючи низькотемпературні рідинні методи, як-от струменевий друк, команда виготовила цілий набір їстівних компонентів:
З цих компонентів проєкт зібрав два демонстраційні зразки. Перший — розумна пігулка для відстеження здоров’я шлунково-кишкового тракту. Другий — харчовий сенсор, який стежить за безпечністю та якістю їжі, а не за станом пацієнта.
Кожному електронному пристрою потрібне живлення, і це був ще один виклик, який узяв на себе ELFO. Команда розробила те, що називає першою у світі їстівною акумуляторною батареєю. Її склад більше схожий на рецепт, ніж на перелік деталей: рибофлавін, кверцетин (жовтий пігмент, що міститься в цибулі), водорость норі, активоване вугілля, їстівне золото та солона вода.
Винахід привернув увагу далеко за межами лабораторії: журнал TIME назвав його одним із найкращих винаходів 2023 року. Каіроні підсумовує прогрес: «Ми довели їстівну батарею до рівня, коли вона може живити більшість пристроїв, які ковтають, а харчовий сенсор може зафіксувати, коли їжу розморозили, а потім заморозили знову, що вказує на її небезпечність для споживання».
Ця друга частина важлива для кожного, хто колись замислювався, чи пережив пакет заморожених овочів дорогу з супермаркету додому.
Робота не закінчується на ELFO. Проєкт-продовження EAT, який також підтримує Європейська дослідницька рада, веде дослідження далі. «EAT має на меті створити першу повністю їстівну пігулку для вимірювання часу спорожнення шлунка, важливого для дієтологів, які вивчають насичення. Ми прагнемо зробити цю їстівну пігулку платформою для вбудовування додаткових сенсорів для інших цілей у майбутньому», — каже Каіроні.
Якщо вийде, одна проковтнута пігулка зможе показати дослідникам, як швидко їжа залишає шлунок, а згодом нести й інші сенсори.
Проєкт ELFO, який у 2020–2025 роках координував Італійський технологічний інститут, показав, що електроніку можна робити з їжі: меду, пігменту зубної пасти, бета-каротину, хітозану, сусального золота та соку червонокачанної капусти. Команда випробувала свої матеріали в імітованих травних рідинах, створила розумну пігулку для здоров’я кишківника та харчовий сенсор, що помічає розморожену й заморожену повторно їжу, а також їстівну акумуляторну батарею, названу серед найкращих винаходів 2023 року за версією TIME. Проєкт-продовження EAT працює над повністю їстівною пігулкою, яка вимірює час спорожнення шлунка.
5 запитань · одна хвилина
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文