แบตเตอรี่สำหรับแคปซูลกลืนได้ จ่ายไฟในกระเพาะแล้วค่อยสลาย ทำได้อย่างไร?

ภาพประกอบแนวคิด ไม่ใช่ภาพจากการทดลองจริง

ถ้าเราจะสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กให้คนกลืนลงไป เพื่อตรวจวัด ส่งข้อมูล หรือทำงานบางอย่างในกระเพาะ ปัญหาหนึ่งที่หนีไม่พ้นคือ จะเอาไฟฟ้ามาจากไหน

แบตเตอรี่ทั่วไปให้พลังงานได้ดี แต่เมื่ออุปกรณ์ต้องเข้าไปอยู่ในทางเดินอาหาร โจทย์ไม่ได้จบแค่ทำให้มันเล็กพอกลืนได้ เพราะแหล่งพลังงานเองก็ต้องคำนึงถึงความปลอดภัยและสิ่งที่เกิดขึ้นหลังอุปกรณ์ทำงานเสร็จ

ทีมนักวิจัยจาก MIT และสถาบันร่วมจึงพัฒนาแบตเตอรี่กระดาษแบบ bioresorbable สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดกลืนได้โดยเฉพาะ จุดที่น่าสนใจคือมันไม่ได้ถูกออกแบบให้สลายทันที แต่ต้อง อยู่ได้นานพอที่จะจ่ายไฟ แล้วค่อยเสื่อมและสลายหลังทำงาน

ทำไมแบตเตอรี่ถึงอยู่ในกระเพาะได้ช่วงหนึ่ง?

แบตเตอรี่ใช้แมกนีเซียมเป็นขั้วแอโนด และใช้ molybdenum trioxide หรือ MoO₃ เป็นส่วนของขั้วแคโทด พร้อมอิเล็กโทรไลต์ที่ออกแบบให้ย่อยสลายได้

อีกส่วนที่สำคัญคือการเคลือบด้วยขี้ผึ้งธรรมชาติ เช่น beeswax เพื่อชะลอไม่ให้ของเหลวในกระเพาะสัมผัสตัวแบตเตอรี่เร็วเกินไป จึงช่วยให้แบตเตอรี่ยังทำงานได้ในช่วงเวลาที่ต้องการ ก่อนวัสดุจะค่อย ๆ เสื่อมลงภายหลัง

งานวิจัยรายงานว่าแบตเตอรี่ให้แรงดันวงจรเปิดสูงสุดประมาณ 1.84 โวลต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่ทีมทดลอง

ภาพแนวคิดเพื่ออธิบายหลักการ ไม่ได้หมายความว่าส่วนประกอบทุกชิ้นของอุปกรณ์ย่อยสลายได้ทั้งหมด

ไม่ได้ทำไว้แค่ให้แบตเตอรี่ติดไฟ

ทีมวิจัยนำแบตเตอรี่ไปทดสอบกับอุปกรณ์สองลักษณะ หนึ่งในนั้นคือระบบ RFID ที่สามารถส่งสัญญาณจากภายในทางเดินอาหารเพื่อใช้ติดตามอุปกรณ์ และอีกแบบคือแคปซูลสำหรับกระตุ้นผนังกระเพาะด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก

ในการทดลองกับสุกร แบตเตอรี่สามารถรองรับระบบกระตุ้นไฟฟ้าได้ต่อเนื่องเป็นเวลาสูงสุดประมาณ 3 วัน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแนวคิดนี้ไม่ได้หยุดอยู่เพียงการสร้างแบตเตอรี่ที่สลายตัวได้ แต่สามารถนำไปจ่ายพลังงานให้ระบบจริงในทางเดินอาหารได้ด้วย

ตรงนี้ทำให้โจทย์ของอุปกรณ์แบบกลืนได้เปลี่ยนไปเล็กน้อย เพราะแทนที่จะถามเพียงว่า “จะทำให้อุปกรณ์อยู่ในร่างกายได้นานแค่ไหน” วิศวกรสามารถถามอีกแบบว่า มันจำเป็นต้องอยู่ต่อหลังทำงานเสร็จหรือไม่?

ถ้าหน้าที่ของอุปกรณ์มีเพียงช่วงเวลาหนึ่ง การออกแบบให้ส่วนประกอบสำคัญทำงานได้พอดีกับช่วงนั้น แล้วค่อยสลายหรือถูกกำจัดออกจากร่างกาย ก็อาจช่วยลดปัญหาเรื่องการนำอุปกรณ์กลับออกมาและลดวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่เหลืออยู่ภายในทางเดินอาหาร

แต่ยังมีขอบเขตสำคัญที่ต้องแยกให้ชัด

คำว่า bioresorbable ในงานวิจัยนี้หมายถึงวัสดุที่สามารถเสื่อมสลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ร่างกายจัดการได้ ไม่ได้หมายความว่าเป็น “อาหาร” หรือว่าเราสามารถหยิบแบตเตอรี่มากลืนได้ตามปกติ

งานนี้ยังอยู่ในขั้นการทดลองกับสัตว์ และอุปกรณ์บางแบบที่ใช้ในการทดลองยังมีส่วนประกอบ เช่น แผงวงจร ที่ไม่ได้ย่อยสลายทั้งหมด การนำเทคโนโลยีไปใช้กับมนุษย์จึงยังต้องผ่านการพัฒนา การควบคุมอายุการทำงาน และการศึกษาความปลอดภัยเพิ่มเติมอีกหลายขั้น

แต่สิ่งที่งานนี้แสดงให้เห็นค่อนข้างชัดคือ สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์บางชนิด “อยู่ได้นานที่สุด” อาจไม่ใช่เป้าหมายที่ดีที่สุดเสมอไป

บางครั้ง แค่อยู่ให้นานพอทำหน้าที่ของมัน แล้วค่อยจากไปโดยเหลือสิ่งที่ต้องจัดการให้น้อยที่สุด อาจเป็นการออกแบบที่เหมาะกว่า