Ảnh minh họa: AI

Thông thường, những loại pin được thiết kế riêng cho các thiết bị bên trong cơ thể phải được bịt kín để tránh việc rò rỉ các hợp chất có thể gây tổn thương mô.

Trong nghiên cứu được công bố ngày 21/9 trên tạp chí Nature Chemical Engineering, loại pin mới được tạo ra từ những vật liệu có thể phân hủy dần trong môi trường axit của đường tiêu hóa và được cơ thể hấp thụ mà không tạo ra mảnh vụn hoặc phụ phẩm độc hại.

Viên pin có cấu trúc nhiều lớp. Cực âm làm từ hợp kim magie, trong khi cực dương gồm molybdenum trioxide và than hoạt tính. Ở giữa là chất điện phân sinh học có khả năng phân hủy, giúp tạo ra dòng điện. Đây đều là những vật liệu đã từng được sử dụng trong các mẫu pin sinh học tự phân hủy truyền thống.

Ở thiết kế mới, nhóm nghiên cứu đã sử dụng sợi nano cellulose làm chất kết dính để tạo cấu trúc mỏng hơn, xốp giống giấy. Theo đồng tác giả nghiên cứu Giovanni Traverso, Giám đốc Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Chuyển giao tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT), cấu trúc này sẽ giúp tăng độ bền và kiểm soát tốc độ phân hủy của pin mà vẫn duy trì khả năng phát điện.

Để giữ pin không phân hủy quá nhanh trong dạ dày, nhóm nghiên cứu đã phủ lên bề mặt pin một lớp sáp ong. Một số phiên bản còn được phủ thêm sáp candelilla, loại sáp có nguồn gốc thực vật, nhằm kéo dài thời gian hoạt động.

Ông Traverso cho biết lớp sáp này không chỉ có tác dụng bảo vệ mà còn giúp kiểm soát thời gian hoạt động của pin.

Trong nghiên cứu thử nghiệm trên lợn, nhóm đã chế tạo hai phiên bản pin dùng cho các thiết bị y tế. Phiên bản nhỏ đủ để đặt trong một viên nang gelatin tiêu chuẩn, tạo ra khoảng 1,77 volt và có khả năng cung cấp 2 mAh/cm². Phiên bản lớn hơn tạo ra khoảng 1,84 volt, với dung lượng tối đa 3,5 mAh.

Nhóm nghiên cứu đặt pin vào những viên nang in 3D rồi đưa vào cơ thể lợn qua đường miệng bằng ống nội soi. Cả hai loại pin đều hoạt động tốt trong tối đa ba ngày.

Pin nhỏ được dùng để cấp nguồn cho một thẻ RFID không dây đặt ở thực quản. Thẻ này có thể liên lạc với bộ thu cách xa khoảng 1,5 m, giúp các nhà nghiên cứu phát hiện thời điểm lợn nuốt thuốc.

Pin lớn hơn cấp điện cho một viên nang kích thích điện vào dạ dày. Thử nghiệm cho thấy phương pháp này làm tăng nồng độ ghrelin, hormone liên quan đến cảm giác đói, mà không gây tổn thương mô rõ rệt tại vị trí kích thích.

Nhà khoa học vật liệu John Rogers, Đại học Northwestern, cho rằng việc pin hoạt động ổn định khi thiết bị di chuyển qua toàn bộ đường tiêu hóa của một động vật lớn là kết quả đáng chú ý.

Sau thử nghiệm, pin và các thành phần có khả năng phân hủy sinh học đã tan dần. Tuy nhiên, mạch điện tử dùng để kích thích dạ dày không phân hủy mà được lợn thải ra ngoài theo cách tự nhiên.

Nhóm nghiên cứu hiện đang chuẩn hóa quy trình sản xuất, điều chỉnh lớp phủ, kiểm soát thời gian hoạt động của pin và khiến quá trình phân hủy của pin ổn định, dễ dự đoán hơn. Các thử nghiệm tiếp theo sẽ kéo dài hơn và được tiến hành trong điều kiện mô phỏng gần với đường tiêu hóa của người.

Công nghệ hiện vẫn ở giai đoạn thử nghiệm trên động vật. Trước khi có thể ứng dụng trên người, pin cần được đánh giá thêm về độ an toàn, độ ổn định và khả năng kiểm soát quá trình phân hủy.

Nếu được chứng minh an toàn và hiệu quả ở người, công nghệ này có thể được sử dụng cho các thiết bị tạm thời trong đường tiêu hóa, như thiết bị phát hiện chảy máu, phân phối thuốc hoặc kích thích mô và cơ quan.