Inteligentne tabletki wytwarzane z pasty do zębów i miodu
Urządzenia, które pacjenci mogą połknąć lub które mogą zostać wszczepione do ich organizmów, dostarczają lekarzom danych w czasie rzeczywistym dotyczących odczynu, temperatury ciała i innych parametrów fizjologicznych. Dzięki nim specjaliści mogą dobierać właściwe metody leczenia, ograniczając tym samym konieczność przeprowadzania inwazyjnych zabiegów i operacji. Niebezpieczne materiały zawarte w tych urządzeniach stanowią zagrożenie dla środowiska po zakończeniu ich eksploatacji, nie mówiąc o zagrożeniu dla samych pacjentów. „Wprowadzanie większości istniejących urządzeń do połykania do organizmów pacjentów odbywa się pod ścisłym nadzorem ze względów bezpieczeństwa, czego skutkiem jest brak szans na realizację programów masowych profilaktycznych badań przesiewowych”, wyjaśnia Mario Caironi, koordynator projektu ELFO(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który uzyskał wsparcie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ERBN). Caironi wraz z zespołem Laboratorium Elektroniki Drukowanej i Molekularnej(odnośnik otworzy się w nowym oknie) działającego przy Włoskim Instytucie Technologii opracowują jadalną elektronikę wykonaną ze składników żywności i dodatków spożywczych oraz innych nietoksycznych surowców. „Po spełnieniu swojej funkcji urządzenia te mogą być trawione przez organizmy pacjentów, a nawet metabolizowane, nie pozostawiając żadnych odpadów elektronicznych”, wyjaśnia Caironi.
Prace nad jadalnymi prototypami
W ramach projektu ELFO powstały podzespoły niezbędne do opracowania dwóch koncepcyjnych produktów - inteligentnej pigułki umożliwiającej monitorowanie stanu zdrowia układu pokarmowego pacjenta oraz czujnika radiowego przeznaczonego do monitorowania bezpieczeństwa i jakości produktów spożywczych. Pierwszy etap prac obejmował opracowanie zbioru potencjalnych materiałów charakteryzujących się użytecznymi właściwościami elektronicznymi i przyswajalnością przez organizm, a także zgodnością z wytycznymi organów regulacyjnych, takich jak Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Badacze skupili się na optymalizacji materiałów, które mogą pełnić funkcję przewodników, izolatorów i półprzewodników, a następnie przetestowali ich działanie w symulowanych płynach żołądkowych i jelitowych, aby upewnić się, że zachowają swoje właściwości w organizmie. „Ustalenie, że niektóre nietypowe materiały sprawdziły się zaskakująco dobrze, było naprawdę doskonałym odkryciem. Okazuje się, że miód jest świetnym materiałem do wytwarzania tranzystorów, a pigment pochodzący z pasty do zębów stanowi doskonały i stabilny półprzewodnik”, zauważa Caironi.
Wytwarzanie inteligentnych tabletek i czujników żywnościowych
Kolejny etap prac obejmował wykazanie możliwości łączenia opracowanych materiałów z elementami elektronicznymi, obwodami, czujnikami i źródłami zasilania przy użyciu technik opartych na cieczach w niskich temperaturach, na przykład druk atramentowy. Badacze wytworzyli cienkie warstwy materiału półprzewodnikowego na bazie beta-karotenu (pomarańczowego barwnika występującego w marchwi) oraz dielektryki przewodzące jony, wykonane z miodu i chitozanu pochodzącego ze skorupiaków. Zespół otrzymał także czujniki na bazie wody, soli, nietoksycznych metali (takich jak złoto w płatkach) oraz soku z czerwonej kapusty. W ramach projektu zespół opracował także pierwszy na świecie jadalny akumulator oparty na ryboflawinie, kwercetynie (żółtym barwniku występującym w cebuli), wodorostach nori, węglu aktywnym, jadalnym złocie i wodzie morskiej. Ten jadalny akumulator, umieszczony przez magazyn „TIME” na liście najlepszych wynalazków 2023 roku(odnośnik otworzy się w nowym oknie), umożliwi ładowanie inteligentnych tabletek za pomocą modułu pozyskującego energię. „Udoskonaliliśmy nasz jadalny akumulator w stopniu, który pozwala na wykorzystanie go do zasilania większości urządzeń przeznaczonych do spożycia”, dodaje Caironi. „Nasz czujnik żywnościowy może z kolei rejestrować moment, w którym żywność została rozmrożona, a następnie ponownie zamrożona - dzięki temu może wskazywać, że nie nadaje się już do spożycia”.
Weryfikacja koncepcji z myślą o przyszłych rozwiązaniach
Projekt ELFO przyczynia się do realizacji założeń szeregu kluczowych strategii unijnych, począwszy od strategii w zakresie rozwoju medycyny spersonalizowanej i profilaktyki dopasowanej do potrzeb pacjentów(odnośnik otworzy się w nowym oknie), kończąc na rozwoju zaawansowanych materiałów, które mogą umożliwić opracowanie nowatorskich rozwiązań, w tym czujników na potrzeby internetu rzeczy służących do monitorowania przestrzegania zaleceń lekarskich. Zespół złożył zgłoszenia patentowe obejmujące przewodzącą prąd elektryczny pastę oleożelową oraz metodę przesyłania danych z wykorzystaniem naturalnego przewodnictwa ciała, która stanie się podstawą projektu EAT, również wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. „Celem projektu EAT jest opracowanie pierwszej w pełni jadalnej tabletki pozwalającej na pomiar czasu opróżniania żołądka, co jest istotne dla dietetyków badających uczucie sytości. Chcemy, aby ta jadalna tabletka stała się platformą pozwalającą na wykorzystywanie w przyszłości większej liczby czujników do innych zastosowań”, podsumowuje Caironi.
