Таблетка, которая проверяет, как работает твой кишечник, а потом просто переваривается, как еда, звучит как научная фантастика. Тем не менее проект ELFO, поддерживаемый ЕС и реализованный в Итальянском технологическом институте в 2020–2025 годах, создал именно такую электронику из мёда, пигмента зубной пасты, морских водорослей и сока краснокочанной капусты. Цель — более безопасные и устойчивые устройства, которые однажды смогут заменить часть инвазивных процедур. А в конце ты сможешь проверить, заслуживает ли таблетка с датчиком твоего доверия.
Проглатываемые устройства дают неинвазивный способ заглянуть внутрь тела. Их глотают, как обычную таблетку, и они могут в реальном времени отслеживать pH, температуру тела и другие физиологические показатели, что снижает потребность в инвазивных процедурах.
Таково обещание. Реальность, по словам команды проекта ELFO, который поддерживает ЕС, немного сложнее.
Современные проглатываемые устройства содержат материалы, опасные для пациентов и вредные для окружающей среды после выбрасывания. У этого есть практические последствия и для медицины. Как говорит координатор проекта Марио Кайрони (Mario Caironi) из Лаборатории печатной и молекулярной электроники Итальянского технологического института: «Применение большинства современных проглатываемых устройств должно проходить под наблюдением из соображений безопасности, что приводит к упущенным возможностям для массовых программ скрининга здоровья».
Иными словами, если за каждым проглоченным датчиком должен следить специалист, такую технологию трудно применять в больших масштабах.
ELFO, сокращение от «Электронная еда: создание съедобных электронных систем для биомедицинских приложений и мониторинга продуктов питания», поставил себе целью решить эту проблему, создавая съедобную электронику из пищевых материалов. Проект финансировал Европейский исследовательский совет в рамках программы «Горизонт 2020», он шёл с 1 сентября 2020 года по 31 августа 2025 года, а вклад ЕС составил 1 980 000 евро.
Идею легко сформулировать, но трудно воплотить: устройства, которые делают свою работу, а потом исчезают без следа. Кайрони объясняет: «После выполнения своей функции эта электроника может естественным образом перевариваться или даже метаболизироваться, без электронных отходов».
Исследователи начали с создания библиотеки материалов-кандидатов, которые обладают полезными электронными свойствами и легко усваиваются организмом. Чтобы решить, что заслуживает внимания, они ориентировались на регуляторов, таких как Европейское управление по безопасности пищевых продуктов и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA).
Затем команда оптимизировала материалы, чтобы они могли работать как проводники, изоляторы или полупроводники, то есть основные строительные блоки любой электронной схемы. После этого последовал решающий шаг: испытания в имитированных желудочных и кишечных жидкостях, чтобы убедиться, что свойства сохраняются внутри тела, а не только на лабораторном столе.
Некоторые результаты удивили даже учёных. «Было очень интересно увидеть, как некоторые экзотические материалы работают неожиданно хорошо. Мёд оказался отличным для управления затворами транзисторов, а пигмент зубной пасты предлагает превосходный стабильный полупроводник», — говорит Кайрони.
Используя низкотемпературные жидкостные методы, такие как струйная печать, команда изготовила целый набор съедобных компонентов:
Из этих компонентов проект собрал два демонстрационных образца. Первый — умная таблетка для отслеживания здоровья желудочно-кишечного тракта. Второй — пищевой датчик, который следит за безопасностью и качеством еды, а не за состоянием пациента.
Любому электронному устройству нужно питание, и это был ещё один вызов, за который взялся ELFO. Команда разработала то, что называет первой в мире съедобной аккумуляторной батареей. Её состав больше похож на рецепт, чем на перечень деталей: рибофлавин, кверцетин (жёлтый пигмент, содержащийся в луке), водоросль нори, активированный уголь, съедобное золото и солёная вода.
Изобретение привлекло внимание далеко за пределами лаборатории: журнал TIME назвал его одним из лучших изобретений 2023 года. Кайрони подводит итог прогрессу: «Мы довели съедобную батарею до уровня, на котором она способна питать большинство проглатываемых устройств, а пищевой датчик может фиксировать, когда еду разморозили, а затем заморозили повторно, что указывает на её опасность для употребления».
Эта вторая часть пригодится каждому, кто когда-нибудь задумывался, пережил ли пакет замороженных овощей дорогу из супермаркета домой.
Работа не заканчивается на ELFO. Проект-продолжение EAT, который тоже поддерживает Европейский исследовательский совет, ведёт исследования дальше. «EAT нацелен на создание первой полностью съедобной таблетки для измерения времени опорожнения желудка, важного для диетологов, изучающих насыщение. Мы стремимся сделать эту съедобную таблетку платформой для встраивания дополнительных датчиков для других целей в будущем», — говорит Кайрони.
Если получится, одна проглоченная таблетка сможет рассказать исследователям, как быстро еда покидает желудок, а позже нести и другие датчики.
Проект ELFO, который в 2020–2025 годах координировал Итальянский технологический институт, показал, что электронику можно делать из еды: мёда, пигмента зубной пасты, бета-каротина, хитозана, сусального золота и сока краснокочанной капусты. Команда испытала свои материалы в имитированных пищеварительных жидкостях, создала умную таблетку для здоровья кишечника и пищевой датчик, который замечает разморозившуюся и повторно замороженную еду, а также съедобную аккумуляторную батарею, названную среди лучших изобретений 2023 года по версии TIME. Проект-продолжение EAT работает над полностью съедобной таблеткой, которая измеряет время опорожнения желудка.
5 вопросов · одна минута
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文