Key Takeaways
- Istraživači MIT-a razvili su novu energetsku ćeliju koja radi koristeći glukozu u vašem tijelu.
- Ćelije bi mogle napajati medicinske uređaje i pomoći ljudima koji ugrađuju elektronske uređaje u svoja tijela radi praktičnosti.
- Uređaji za implantaciju moraju biti što manji kako bi se smanjio njihov utjecaj na pacijente.
Vaše vlastito tijelo može biti izvor energije za buduće uređaje.
Naučnici MIT-a razvili su gorivu ćeliju na pogon glukoze koja bi mogla potaknuti minijaturne implantate i senzore. Uređaj mjeri oko 1/100 prečnika ljudske kose i proizvodi oko 43 mikrovata po kvadratnom centimetru električne energije. Gorivne ćelije mogu biti korisne u medicini i malom, ali rastućem broju ljudi koji ugrađuju elektronske uređaje u svoja tijela radi praktičnosti.
"Glukozne gorivne ćelije mogu postati korisne za napajanje implantabilnih uređaja koristeći gorivo koje je lako dostupno u tijelu", Philipp Simons, koji je razvio dizajn kao dio svog doktorata. teze, rekao je za Lifewire u intervjuu putem e-pošte. "Na primjer, zamišljamo korištenje naše gorivne ćelije glukoze za napajanje vrlo minijaturiziranih senzora koji mjere tjelesne funkcije. Razmislite o praćenju glukoze kod pacijenata sa dijabetesom, praćenju srčanih stanja ili praćenju biomarkera koji identifikuju evoluciju tumora."
Male ali moćne
Najveći izazov u dizajniranju nove gorivne ćelije bio je osmišljavanje dizajna koji je bio dovoljno mali, rekao je Simons. Dodao je da implantabilni uređaji moraju biti što manji kako bi se smanjio njihov utjecaj na pacijente.
"Trenutno su baterije vrlo ograničene u tome koliko male mogu postati: ako bateriju smanjite, to smanjuje količinu energije koju može pružiti", rekao je Simons. "Pokazali smo da sa uređajem koji je 100 puta tanji od ljudske kose možemo obezbijediti energiju koja bi bila dovoljna za napajanje minijaturnih senzora."
S obzirom na to koliko je naša goriva ćelija mala, može se zamisliti implantabilni uređaj koji je veliki samo nekoliko mikrometara.
Simons i njegovi saradnici morali su da naprave novi uređaj sposoban da proizvodi električnu energiju i dovoljno čvrst da izdrži temperature do 600 stepeni Celzijusa. Ako se koristi u medicinskom implantatu, gorive ćelije bi morale proći proces sterilizacije na visokoj temperaturi.
Da bi pronašli materijal koji može izdržati visoku toplotu, istraživači su se okrenuli keramici, koja zadržava svoja elektrohemijska svojstva čak i na visokim temperaturama. Istraživači predviđaju da bi novi dizajn mogao biti napravljen u ultratanke filmove ili premaze i omotan oko implantata kako bi se pasivno napajala elektronika, koristeći obilnu količinu glukoze u tijelu.
Ideja za novu gorivnu ćeliju došla je 2016. godine kada je Jennifer L. M. Rupp, Simonsov supervizor teze i profesor MIT, specijalizovana za keramiku i elektrohemijske uređaje, otišla na test glukoze tokom trudnoće..
"U ordinaciji sam bio jako dosadan elektrohemičar, razmišljajući šta možete učiniti sa šećerom i elektrohemijom", rekao je Rupp u saopštenju za medije. "Onda sam shvatio da bi bilo dobro imati solid-state uređaj sa pogonom na glukozu. I Philipp i ja smo se sreli na kafi i napisali na salveti prve crteže."
Glukozne gorivne ćelije su prvi put predstavljene 1960-ih, ali su rani modeli bili bazirani na mekim polimerima. Ovi rani izvori goriva zamijenjeni su litijum-jodidnim baterijama.
"Do danas se baterije obično koriste za napajanje implantabilnih uređaja kao što su pejsmejkeri", rekao je Simons. „Međutim, ove baterije će na kraju ostati bez energije, što znači da pejsmejker treba redovno mijenjati. Ovo je zapravo ogroman izvor komplikacija."
Budućnost može biti mala i usadljiva
U potrazi za rješenjem gorivnih ćelija koje bi moglo trajati neograničeno u tijelu, tim je u sendvič stavio elektrolit s anodom i katodom od platine, stabilnog materijala koji lako reagira s glukozom.
Vrsta materijala u novoj gorivoj ćeliji glukoze omogućava fleksibilnost u smislu gdje se može implantirati u tijelo. "Na primjer, može izdržati korozivnu okolinu probavnog sistema, što bi moglo omogućiti novim senzorima da prate hronične bolesti kao što je sindrom iritabilnog crijeva", rekao je Simons.
Istraživači su stavili ćelije na silikonske pločice, pokazujući da se uređaji mogu upariti sa uobičajenim poluprovodničkim materijalom. Zatim su izmjerili struju koju je proizvela svaka ćelija dok su propuštali otopinu glukoze preko svake pločice u prilagođenoj test stanici.
Mnoge ćelije proizvele su vršni napon od oko 80 milivolti, prema rezultatima objavljenim u nedavnom radu u časopisu Advanced Materials. Istraživači tvrde da je ovo najveća gustina snage bilo kojeg dizajna gorivih ćelija glukoze.
Glukozne gorivne ćelije mogu postati korisne za napajanje implantabilnih uređaja koristeći gorivo koje je lako dostupno u tijelu.
Tim MIT-a je "otvorio novi put ka minijaturnim izvorima energije za implantirane senzore i možda druge funkcije, " Truls Norby, profesor hemije na Univerzitetu u Oslu u Norveškoj, koji nije doprinio radu, rečeno je u saopštenju za javnost. "Keramika koja se koristi je netoksična, jeftina i ni najmanje inertna, kako na uslove u telu, tako i na uslove sterilizacije pre implantacije. Koncept i demonstracija do sada su zaista obećavajući."
Simons je rekao da bi nove gorivne ćelije mogle omogućiti potpuno nove klase uređaja u budućnosti. "S obzirom na to koliko je naša gorivna ćelija mala, moguće je zamisliti implantabilne uređaje koji su veliki samo nekoliko mikrometara", dodao je. "Šta ako bismo sada mogli adresirati pojedinačne ćelije sa implantabilnim uređajima?"
