فراهم کردن انرژی ایمپلنت ها با قند خون با استفاده از یک پیل سوختی کوچک و کارآمد - بابا آب داد

به گزارش بابا آب داد، تامین انرژی ایمپلنت های پزشکی گاهی اوقات سخت می گردد، اما تصور کنید که آنها بتوانند از خود بدن انرژی بگیرند.

بر این اساس یک پیل سوختی کوچک، طراحی شده که می تواند گلوکز خون را به الکتریسیته تبدیل می نماید تا کارآمدتر از هر روش دیگری، انرژی مورد احتیاج ایمپلنت ها را تأمین کند.

ایمپلنت هایی مانند ضربان ساز ها یا پیس میکرها ممکن است چندین دهه در بدن شخصی بمانند، آنها احتیاج به منبع ثابت برق دارند. تعویض باتری آنها احتیاج به عمل جراحی مجدد دارد و حتی با پیشرفت های تازه در شارژ بی سیم از خارج از بدن، حجم باتری هایی از این نوع، زیاد می گردد و مسائلی ایجاد می نماید.

پس به همین دلیل، مدت هاست که دانشمندان در پی تامین انرژی آنها از منابع انرژی خود بدن هستند و چه منبع انرژی بهتر از منبع غنی مورد استفاده سلول های ما، یعنی گلوکز یا قند خون می توان پیدا کرد؟

سلول های سوختی گلوکز، که انرژی شیمیایی قند خون را به انرژی الکتریکی تبدیل می نمایند، دهه هاست که در حال توسعه هستند، اما موانع فنی بر سر استفاده عملی از آنها وجود داشت. حالا، دستگاه تازهی از محققان MIT و دانشگاه فنی مونیخ ممکن است این مسائل را حل نموده باشد.

ساختار پیل سوختی تازه تقریباً مشابه سلول های سوختی موجود است که از یک آند، یک الکترولیت و یک کاتد تشکیل شده است. آند با گلوکز موجود در مایعات بدن واکنش می دهد و اسید گلوکونیک فراوری می نماید، فرآیندی که دو پروتون و دو الکترون آزاد می نماید. الکترولیت پروتون ها را دور می نماید، جایی که با هوا مخلوط می شوند و به مولکول های آب بی ضرر تبدیل می شوند. در همین حال، الکترون ها در یک مدار گردآوری می شوند و سپس می توان از آن ها برای تأمین انرژی یک دستگاه کاشته شده در بدن استفاده کرد.

اغلب اوقات، الکترولیت های موجود در پیل های سوختی گلوکز از پلیمر ساخته شده اند، اما محققان برای دستگاه خود از ماده تازهی استفاده کردند - سریا ceria، یک سرامیک قوی و پایدار که پروتون ها را به خوبی راهنمایی می نماید و برای همین عملکرد در سلول های سوختی هیدروژنی فراوری شده.

پیل های نهایی کوچک هستند و حدود 300 میکرومتر عرض و فقط 400 نانومتر ضخامت دارند. برای آزمایش آن ها، محققان 150 عدد از آن ها را روی ویفر های سیلیکونی نصب کردند، محلول گلوکز را روی آن ها ریختند و خروجی الکتریکی آن ها را مقدار گرفتند.

پیل های سوختی حداکثر ولتاژی حدود 80 میلی ولت فراوری می کردند که معادل حدود 43 میکرووات بر سانتی متر مربع است. این تیم می گوید که این بالاترین چگالی توان به دست آمده از پیل های شیمیایی مبتنی بر گلوکز است و برای تأمین انرژی دستگاه های کاشتنی کافی است.

علاوه بر خروجی بالای آن، مواد سرامیکی ماندگاری بیشتری دارند و چون به گرما مقاوم هستند، قبل از کاشت آنها در بدن می توان با گرما استریل شان کردند.

این سلول های سوختی را می توان به صورت لایه های نازکی درآورد که به دور ایمپلنت ها پیچانده می گردد.

منبع: MIT