中国、人体に埋め込むワイヤレス充電器を開発

サウス・チャイナ・モーニング・ポスト（中国・香港）によると、モニタリングセンサーや薬物送達インプラントなどの埋め込み型バイオエレクトロニクスシステムは、病気を効果的にモニタリングし治療するための信頼性が高く、侵襲性が低い方法である。しかし、蘭州大学の科学者らが科学誌「サイエンス・アドバンス」に発表した研究によると、これらのデバイスに電力を供給するパワーモジュールの開発は、生体適合性センサーや回路の開発に遅れをとっているという。

科学者たちは多くの生分解性電源装置を開発してきましたが、それらは使い捨てであり、生物医学的用途に十分な電力を供給しません。

さらに、皮膚充電器に接続されることが多い電力供給デバイスは炎症を引き起こす可能性があります。充電式ではない電池駆動のデバイスは外科手術による交換が必要であり、合併症を引き起こす可能性があります。

この欠点を解決するために、研究者は高いエネルギー貯蔵効率と組織適合性を備えたワイヤレスの埋め込み型エネルギーシステムを開発しました。このデバイスの柔らかいデザインと柔軟性は、人体の組織や臓器の形状にも適応します。

このワイヤレス電源にはマグネシウム コイルが含まれており、外部送信コイルをインプラントの上の皮膚層に配置するとデバイスが充電されます。マグネシウムコイルが受け取ったエネルギーは、回路を通過してから、亜鉛イオンハイブリッドスーパーキャパシタで構成されたエネルギー貯蔵モジュールに入ります。このスーパーキャパシタは電気エネルギーの形でエネルギーを蓄えますが、バッテリーは化学エネルギーの形でエネルギーを蓄えます。

研究によれば、スーパーキャパシタは蓄えられるエネルギーは少ないものの、エネルギー密度が高いため、一貫して大量のエネルギーを放出することができるという。

柔軟な生分解性チップのようなインプラントに収められたプロトタイプの電源システムは、デバイスのエネルギー収集と貯蔵を統合できる可能性がある。そこから、電気は回路を通って付属のバイオエレクトロニクスデバイスに直接送られるか、スーパーキャパシタに送られて、フル充電後に安定した信頼性の高い電力出力が確保されます。

亜鉛とマグネシウムはどちらも人体にとって不可欠です。研究者らは、この装置に含まれる亜鉛とマグネシウムの量は日常摂取量よりも少なく、分解可能なインプラントが生体適合性を持つようになると強調している。

装置全体はポリマーとワックスで覆われており、組織の構造に合わせて曲げたりねじったりすることができます。

マウスを使ったテストでは、この装置は最大10日間効果的に機能し、2か月以内に完全に分解することが示されました。

研究によると、この装置の動作時間は殻の厚さと化学的性質を変えることで変えることができるそうです。

科学者たちは、薬物送達システムは体内のさまざまな組織や臓器に統合することができ、「局所的に必要に応じて薬物を供給し、治療する上で重要な役割を果たす」と強調している。

研究者らは、電源の機能性を実証するために、積層型スーパーキャパシタを受信コイルと生分解性薬剤送達装置に接続し、その装置をマウスに移植した。埋め込まれたプロトタイプは、結合された個別の部品で構成されています。

抗炎症薬を含む薬物送達デバイスが、酵母誘発性発熱を起こしたマウスに埋め込まれました。

その結果、12 時間のモニタリング期間中、インプラントを受けなかったマウスのグループの体温は、インプラントを受けたマウスのグループの体温よりも大幅に高くなりました。

しかし研究者らは、デバイスは電力がなくなるまで停止しないため、デバイスのオン/オフを切り替えることは依然として問題があると述べている。しかし、スケジュール充電を有効にすると、デバイスの電源のオン/オフを制御するのに役立つと言われています。

研究者らは、充電されていない装置を埋め込まれたマウスでは、薬剤の受動的な放出もあったと述べ、このグループで記録された体温も対照群よりも低かった。

科学者たちは、この試作品は「効率的で信頼性の高いエネルギーソリューションを提供できる可能性のある、一時的に埋め込むことができる生体電気機器の進歩に向けた重要な一歩である」と強調した。