Pin giấy đang được nhóm nghiên cứu phát triển - Ảnh: NATURE
Nghiên cứu pin giấy nuốt được do nhóm tại Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) thực hiện và công bố ngày 21-9 trên tạp chí Nature Chemical Engineering.
Giữ hơn 72 giờ trong cơ thể
Loại pin mới tạo ra điện áp tối đa 1,84V. Nhóm nghiên cứu làm hai kích cỡ, một dạng đĩa đường kính 7,5mm và một dạng thanh dài 24mm, đủ nhỏ để đưa vào những viên nang có thể nuốt.
Sở dĩ được gọi là "pin giấy" vì pin có cấu trúc mỏng, xốp, sử dụng các sợi nano cellulose trong vật liệu điện cực. Cực âm làm từ hợp kim magie, còn cực dương chứa molypden trioxit và carbon.
Những vật liệu này được lựa chọn vì cơ thể có thể xử lý chúng ở lượng nhỏ sau khi pin phân rã.
Pin còn được phủ sáp ong để không bị axit dạ dày phá hủy quá sớm. Một số mẫu có thêm sáp candelilla, loại sáp có nguồn gốc thực vật, để kéo dài thời gian bảo vệ.
Trong dung dịch mô phỏng dịch dạ dày, pin hoạt động bình thường khoảng ba ngày rồi hiệu suất bắt đầu giảm dần.
Nhóm nghiên cứu sau đó thử pin trên heo. Các viên pin được giữ trong dạ dày tới 72 giờ và vẫn tiếp tục tạo điện. Sau thời gian sử dụng, các lớp bảo vệ và điện cực bắt đầu phân rã.
Pin không biến mất hoàn toàn sau ba ngày. Theo nhóm nghiên cứu, thời gian này là khoảng hoạt động hữu ích của thiết bị. Các thành phần tiếp tục phân hủy sau đó và có thể mất vài tuần đến vài tháng để phân rã hết, tùy điều kiện.
Mô phỏng hoạt động của pin giấy trong cơ thể - Ảnh: MIT
Hai ứng dụng của pin giấy
Các nhà khoa học thử dùng pin cho hai loại thiết bị.
Thiết bị đầu tiên là một thẻ nhận dạng bằng sóng vô tuyến, gọi tắt là RFID. Sau khi được nuốt, viên nang có thể phát tín hiệu từ bên trong đường tiêu hóa để xác nhận vị trí của nó.
Khi có pin hỗ trợ, tín hiệu có thể truyền liên tục và được thu ở khoảng cách tới 1,5m. Công nghệ này có thể được dùng để xác nhận người bệnh đã uống thuốc, thay vì chỉ dựa vào lời khai hoặc lịch uống thuốc.
Ứng dụng thứ hai là một viên nang tạo dòng điện nhỏ kích thích thành dạ dày.
Trong thử nghiệm trên động vật, hệ thống có thể cấp điện liên tục tới ba ngày. Chỉ sau 20 phút kích thích, lượng ghrelin, loại hormone liên quan đến cảm giác đói, tăng khoảng 50%.
Nhóm nghiên cứu cho rằng cách này trong tương lai có thể được tìm hiểu để hỗ trợ những người bị mất cảm giác ngon miệng hoặc suy mòn do ung thư và một số bệnh mạn tính.
Các loại viên nang điện tử nuốt được đã tồn tại từ trước. Chúng có thể đo tín hiệu trong cơ thể, theo dõi sức khỏe hoặc đưa thuốc tới vị trí cần thiết. Một trong những khó khăn là nguồn điện.
Pin cúc áo dùng lithium hoặc bạc oxit có thể cung cấp đủ năng lượng, nhưng lớp vỏ bị hỏng trong đường tiêu hóa sẽ gây nguy cơ. Pin cũng phải đi qua cơ thể rồi được thải ra ngoài.
Với loại pin mới, nhóm MIT muốn nguồn điện hoàn thành nhiệm vụ rồi tự phân rã.
Tuy nhiên, thiết bị hiện chưa sẵn sàng để con người sử dụng. Các thử nghiệm mới được tiến hành trên một số lượng nhỏ heo. Bo mạch điện tử của viên nang kích thích dạ dày cũng chưa thể tự phân rã, dù phần pin và nhiều thành phần khác có thể được cơ thể xử lý.
Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục đánh giá độ an toàn trong những điều kiện gần với cơ thể người hơn, gồm khi dạ dày có thức ăn, độ axit thay đổi và hoạt động tiêu hóa khác nhau.
Nếu các bước tiếp theo thuận lợi, loại pin này có thể trở thành nguồn điện cho những thiết bị được nuốt vào cơ thể để đo đạc, theo dõi thuốc hoặc điều trị trong vài ngày rồi tự biến mất sau khi hoàn thành công việc.
