Kredit: Domain Publik CC0
Perusahaan teknologi telah mengembangkan banyak perangkat yang bekerja di luar tubuh, seperti ponsel, jam tangan pintar, tablet, dan ratusan lainnya. Namun, di dalam tubuh? Itu jelas lebih rumit karena beberapa alasan, tetapi daya untuk perangkat itu besar.
Peneliti biobattery Binghamton University berpikir mereka memiliki solusi untuk usus kecil yang sulit dijangkau, yang berkelok-kelok di sekitar usus manusia dengan rata-rata 22 kaki.
Profesor Seokheun “Sean” Choi, anggota fakultas di Departemen Teknik Listrik dan Komputer di Sekolah Tinggi Teknik dan Sains Terapan Thomas J. Watson, memimpin tim yang terdiri dari Ph.D. siswa Maryam Rezaie dan Zahra Rafiee pada penelitian baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Advanced Energy Materials.
“Ada beberapa daerah di usus kecil yang tidak dapat dijangkau, dan itulah mengapa kamera yang dapat ditelan dikembangkan untuk mengatasi masalah ini,” kata Choi. “Mereka dapat melakukan banyak hal, seperti pencitraan dan penginderaan fisik, bahkan pemberian obat. Masalahnya adalah tenaga. Sejauh ini, elektronik menggunakan baterai primer yang memiliki anggaran energi terbatas dan tidak dapat berfungsi dalam jangka panjang.”
Solusi tim Watson dibangun di atas temuan yang telah dibuat Choi selama dekade terakhir tentang penggunaan bakteri untuk menghasilkan listrik tingkat rendah yang dapat memberi daya pada sensor dan koneksi Wi-Fi sebagai bagian dari Internet of Things.
Pilihan lain di dalam usus kecil kurang layak: baterai tradisional berpotensi berbahaya, transfer daya nirkabel dari luar tubuh tidak efisien, perbedaan suhu tidak cukup untuk memanfaatkan energi panas dan gerakan usus terlalu lambat untuk energi mekanik. Sebagai gantinya, biobatteries Choi menggunakan sel bahan bakar mikroba dengan bakteri pembentuk spora Bacillus subtilis yang tetap lembam hingga mencapai usus kecil.
“Bagaimana Anda membuat sel bahan bakar mikro Anda bekerja secara selektif di usus kecil? Kami menggunakan membran peka-pH yang memerlukan kondisi tertentu untuk aktif,” kata Choi. “Kalau dilihat dari saluran cerna kita, esofagus memiliki pH netral, sama dengan usus halus, tapi waktu transitnya hanya 10 detik. Itu tidak akan aktif di area ini, dan tidak akan pernah bekerja di perut karena lambung memiliki pH yang sangat rendah. Ini hanya bekerja di usus kecil.”
Choi tahu bahwa beberapa orang mungkin menolak menelan bakteri, tetapi tubuh kita dipenuhi dengan mikroba tidak beracun yang membantu pencernaan dan fungsi lainnya.
“Kami menggunakan spora ini sebagai biokatalis yang tidak aktif dan dapat disimpan,” katanya. “Spora dapat berkecambah ketika nutrisi tersedia, dan mereka dapat melanjutkan kehidupan vegetatif dan menghasilkan tenaga.”
Meskipun penelitian ini baru saja dipublikasikan, Choi dan murid-muridnya sudah melihat ke depan untuk meningkatkan biobaterai berukuran kapsul. Setelah sel bahan bakar mencapai usus kecil, diperlukan waktu hingga satu jam untuk berkecambah sepenuhnya—lebih cepat akan lebih baik. Sel menghasilkan sekitar 100 mikrowatt per sentimeter persegi kerapatan daya—cukup untuk transmisi nirkabel, tetapi 10 kali lebih banyak akan menawarkan lebih banyak pilihan untuk digunakan. Baterai juga memerlukan pengujian pada hewan dan manusia serta studi biokompatibilitas.
Choi dapat meramalkan beberapa penggunaan yang dapat dilakukan oleh sel bahan bakar mikroba tingkat rendah, termasuk sensor biologis dan kimia, sistem pengiriman obat, dan perangkat stimulasi listrik.
“Saya percaya bahwa sel bahan bakar mikro kami memiliki potensi yang sangat besar, tetapi jalan kami masih panjang,” katanya.
Informasi lebih lanjut: Maryam Rezaie et al, A Biobattery Capsule for Ingestible Electronics in the Small Usus: Produksi Biopower dari Cairan Usus Mengaktifkan Perkecambahan Endospora Bakteri Eksoelektrogenik, Bahan Energi Lanjutan (2022). DOI: 10.1002/aenm.202202581 Disediakan oleh Universitas Binghamton
Kutipan: Biobatteries yang dapat dicerna seukuran kapsul dapat memungkinkan tampilan baru sistem pencernaan (2022, 8 Desember) diambil 9 Desember 2022 dari https://medicalxpress.com/news/2022-12-capsule-sized-ingestible-biobatteries-view-digestive .html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.