Folje kryesore
- Kërkuesit MIT zhvilluan një qelizë të re fuqie që funksionon duke përdorur glukozën e trupit tuaj.
- Qelizat mund të fuqizojnë pajisjet mjekësore dhe të ndihmojnë njerëzit që implantojnë pajisje elektronike në trupin e tyre për lehtësi.
- Pajisjet e implantueshme duhet të jenë sa më të vogla për të minimizuar ndikimin e tyre te pacientët.
Trupi juaj mund të jetë një burim energjie për pajisjet e ardhshme.
Shkencëtarët e MIT kanë zhvilluar një qelizë karburanti me energji glukoze që mund të nxisë implantet dhe sensorët miniaturë. Pajisja mat rreth 1/100 e diametrit të një floku të njeriut dhe gjeneron rreth 43 mikrovat për centimetër katror energji elektrike. Qelizat e karburantit mund të jenë të dobishme në mjekësi dhe në numrin e vogël por në rritje të njerëzve që implantojnë pajisje elektronike në trupin e tyre për lehtësi.
"Qelizat e karburantit të glukozës mund të bëhen të dobishme për të fuqizuar pajisjet e implantueshme duke përdorur një karburant të disponueshëm lehtësisht në trup," Philipp Simons, i cili e zhvilloi dizajnin si pjesë e doktoraturës së tij. tezë, tha Lifewire në një intervistë me email. "Për shembull, ne parashikojmë përdorimin e qelizës sonë të karburantit të glukozës për të fuqizuar sensorët shumë të miniaturës që matin funksionet e trupit. Mendoni monitorimin e glukozës për pacientët me diabet, monitorimin e kushteve kardiake ose gjurmimin e biomarkerëve që identifikojnë evolucionin e një tumori."
I vogel por i fuqishem
Sfida më e madhe në dizajnimin e qelizës së re të karburantit ishte krijimi i një dizajni mjaft të vogël, tha Simons. Ai shtoi se pajisjet e implantueshme duhet të jenë sa më të vogla që të jetë e mundur për të minimizuar ndikimin e tyre tek pacientët.
"Aktualisht, bateritë janë shumë të kufizuara në atë se sa të vogla mund të bëhen: nëse e bëni një bateri më të vogël, kjo zvogëlon sasinë e energjisë që mund të sigurojë," tha Simons. "Ne kemi treguar se me një pajisje që është 100 herë më e hollë se flokët e njeriut, ne mund të sigurojmë energji që do të mjaftonte për të fuqizuar sensorët miniaturë."
Duke pasur parasysh sa e vogël është qeliza jonë e karburantit, mund të imagjinojmë pajisje të implantueshme që janë vetëm disa mikrometra të mëdha.
Simons dhe bashkëpunëtorët e tij duhej ta bënin pajisjen e re të aftë për të gjeneruar energji elektrike dhe mjaft të fortë për të përballuar temperaturat deri në 600 gradë Celsius. Nëse përdoret në një implant mjekësor, qeliza e karburantit do të duhet të kalojë një proces sterilizimi me temperaturë të lartë.
Për të gjetur një material që mund t'i rezistonte nxehtësisë së lartë, studiuesit iu drejtuan qeramikës, e cila ruan vetitë e saj elektrokimike edhe në temperatura të larta. Studiuesit parashikojnë se dizajni i ri mund të bëhet në filma ose veshje ultra të hollë dhe të mbështillet rreth implanteve për të fuqizuar elektronikën në mënyrë pasive, duke përdorur furnizimin e bollshëm të glukozës në trup.
Ideja për qelizën e re të karburantit erdhi në vitin 2016 kur Jennifer L. M. Rupp, mbikëqyrëse e tezës së Simons dhe një profesoreshë e MIT, e specializuar në qeramikë dhe pajisje elektrokimike, shkoi për një test të glukozës gjatë shtatzënisë.
"Në zyrën e mjekut, isha një elektrokimist shumë i mërzitur, duke menduar se çfarë mund të bësh me sheqerin dhe elektrokiminë," tha Rupp në një njoftim për shtyp. "Pastaj kuptova se do të ishte mirë të kisha një pajisje në gjendje të ngurtë me energji të glukozës. Dhe unë dhe Philipp u takuam duke pirë kafe dhe shkruam në një pecetë vizatimet e para."
Qelizat e karburantit të glukozës u prezantuan për herë të parë në vitet 1960, por modelet e hershme bazoheshin në polimere të buta. Këto burime të hershme të karburantit u zëvendësuan nga bateri litium-jodur.
"Deri më sot, bateritë përdoren zakonisht për të fuqizuar pajisjet e implantueshme si stimuluesit e ritmit, "tha Simons. “Megjithatë, këto bateri përfundimisht do të mbarojnë pa energji që do të thotë se një stimulues kardiak duhet të zëvendësohet rregullisht. Ky është në fakt një burim i madh komplikimesh."
E ardhmja mund të jetë e vogël dhe e implantueshme
Në kërkimin e një zgjidhjeje të qelizave të karburantit që mund të zgjasë pafundësisht brenda trupit, ekipi vendosi një elektrolit me një anodë dhe katodë të bërë nga platini, një material i qëndrueshëm që reagon lehtësisht me glukozën.
Lloji i materialeve në qelizën e re të karburantit të glukozës lejon fleksibilitet për sa i përket vendit ku mund të implantohet në trup. "Për shembull, mund të përballojë mjedisin gërryes të sistemit tretës, i cili mund të mundësojë sensorë të rinj që monitorojnë sëmundjet kronike si sindroma e zorrës së irrituar," tha Simons.
Kërkuesit i vendosën qelizat në vafera silikoni, duke treguar se pajisjet mund të çiftohen me një material gjysmëpërçues të zakonshëm. Më pas ata matën rrymën e prodhuar nga secila qelizë teksa derdhën një zgjidhje glukoze mbi secilën vaferë në një stacion testimi të prodhuar me porosi.
Shumë qeliza prodhonin një tension maksimal prej rreth 80 milivolt, sipas rezultateve të publikuara në një punim të fundit në revistën Advanced Materials. Studiuesit pretendojnë se kjo është densiteti më i lartë i fuqisë së çdo modeli të qelizave të karburantit të glukozës.
Qelizat e karburantit të glukozës mund të bëhen të dobishme për të fuqizuar pajisjet e implantueshme duke përdorur një karburant që disponohet lehtësisht në trup.
Ekipi i MIT ka "hapur një rrugë të re drejt burimeve në miniaturë të energjisë për sensorë të implantuar dhe ndoshta funksione të tjera," Truls Norby, një profesor i kimisë në Universitetin e Oslos në Norvegji, i cili nuk kontribuoi në punë, thuhet në një njoftim për shtyp. "Qeramikat e përdorura janë jo toksike, të lira dhe jo më pak inerte, si për kushtet në trup ashtu edhe për kushtet e sterilizimit përpara implantimit. Koncepti dhe demonstrimi i deritanishëm janë vërtet premtues."
Simons tha se qelizat e reja të karburantit mund të mundësojnë klasa krejtësisht të reja pajisjesh në të ardhmen. "Duke pasur parasysh se sa e vogël është qeliza jonë e karburantit, mund të imagjinojmë pajisje të implantueshme që janë vetëm disa mikrometra të mëdha," shtoi ai. "Po sikur të mund të trajtonim tani qelizat individuale me pajisje të implantueshme?"
