Önemli Bilgiler
- MIT araştırmacıları, vücudunuzun glikozunu kullanarak çalışan yeni bir güç hücresi geliştirdi.
- Hücreler tıbbi cihazlara güç sağlayabilir ve kolaylık sağlamak için vücutlarına elektronik aletler yerleştiren insanlara yardımcı olabilir.
- İmplante edilebilir cihazların hastalar üzerindeki etkilerini en aza indirmek için mümkün olduğunca küçük olmaları gerekir.
Kendi vücudunuz gelecekteki gadget'lar için bir güç kaynağı olabilir.
MIT bilim adamları, minyatür implantları ve sensörleri besleyebilecek, glikozla çalışan bir yakıt hücresi geliştirdi. Cihaz, insan saçının yaklaşık 1/100'ünü ölçer ve santimetre kare başına yaklaşık 43 mikrowatt elektrik üretir. Yakıt hücreleri tıpta ve kolaylık sağlamak için vücutlarına elektronik aletler yerleştiren az ama artan sayıda insan için faydalı olabilir.
Tasarımı doktora çalışmasının bir parçası olarak geliştiren Philipp Simons, "Glikoz yakıt hücreleri, vücutta hazır bulunan bir yakıtı kullanarak implante edilebilir cihazlara güç sağlamak için faydalı olabilir" dedi. tezi, Lifewire'a bir e-posta röportajında söyledi. "Örneğin, vücut fonksiyonlarını ölçen oldukça minyatür sensörlere güç sağlamak için glikoz yakıt hücremizi kullanmayı düşünüyoruz. Diyabet hastaları için glikoz izlemeyi, kalp rahatsızlıklarını izlemeyi veya bir tümörün evrimini tanımlayan biyobelirteçleri izlemeyi düşünün."
Küçük ama Güçlü
Yeni yakıt hücresini tasarlamanın en büyük zorluğu, yeterince küçük bir tasarım bulmaktı, dedi Simons. Hastalar üzerindeki etkilerini en aza indirmek için implante edilebilir cihazların mümkün olduğunca küçük olması gerektiğini ekledi.
"Şu anda piller ne kadar küçülebilecekleri konusunda çok sınırlıdır: Bir pili küçültürseniz, sağlayabileceği enerji miktarını az altır," dedi Simons. "İnsan saçından 100 kat daha ince bir cihazla, minyatür sensörleri çalıştırmaya yetecek enerjiyi sağlayabileceğimizi gösterdik."
Yakıt hücremizin ne kadar küçük olduğu göz önüne alındığında, yalnızca birkaç mikrometre büyüklüğünde implante edilebilir cihazlar hayal edilebilir.
Simons ve işbirlikçileri, yeni cihazı elektrik üretebilecek ve 600 santigrat dereceye kadar sıcaklıklara dayanacak kadar sağlam hale getirmek zorunda kaldılar. Tıbbi bir implantta kullanılıyorsa, yakıt hücresinin yüksek sıcaklıkta sterilizasyon sürecinden geçmesi gerekir.
Yüksek ısıya dayanabilecek bir malzeme bulmak için araştırmacılar, yüksek sıcaklıklarda bile elektrokimyasal özelliklerini koruyan seramiğe yöneldiler. Araştırmacılar, yeni tasarımın ultra ince filmlere veya kaplamalara yapılabileceğini ve vücudun bol miktarda glikoz kaynağı kullanılarak pasif güç elektroniği için implantların etrafına sarılabileceğini düşünüyorlar.
Yeni yakıt hücresi fikri, 2016 yılında Simons'un tez danışmanı ve seramik ve elektrokimyasal cihazlar konusunda uzmanlaşmış bir MIT profesörü Jennifer L. M. Rupp'un hamileliği sırasında glikoz testi yaptırmasıyla ortaya çıktı.
"Doktorun ofisinde, şeker ve elektrokimya ile neler yapabileceğinizi düşünen çok sıkılmış bir elektrokimyacıydım" dedi Rupp bir haber bülteninde. "Sonra, glikozla çalışan bir katı hal cihazına sahip olmanın iyi olacağını fark ettim. Philipp ve ben kahve içerken buluştuk ve ilk çizimleri bir peçeteye yazdık."
Glikoz yakıt hücreleri ilk olarak 1960'larda tanıtıldı, ancak ilk modeller yumuşak polimerlere dayanıyordu. Bu erken yakıt kaynaklarının yerini lityum iyodür piller aldı.
"Bugüne kadar piller genellikle kalp pili gibi implante edilebilir cihazlara güç sağlamak için kullanılıyor," dedi Simons. "Ancak, bu pillerin enerjisi sonunda tükenecek, bu da kalp pilinin düzenli olarak değiştirilmesi gerektiği anlamına geliyor. Bu aslında çok büyük bir komplikasyon kaynağıdır."
Gelecek Küçük ve Yerleştirilebilir
Vücut içinde süresiz olarak kalabilecek bir yakıt hücresi çözümü arayışında ekip, bir elektroliti bir anot ve platinden yapılmış katotla sandviçledi.
Yeni glikoz yakıt hücresindeki malzemelerin türü, vücutta nereye implante edilebileceği konusunda esneklik sağlar. Simons, "Örneğin, sindirim sisteminin aşındırıcı ortamına dayanabilir, bu da irritabl bağırsak sendromu gibi kronik hastalıkları izleyen yeni sensörlere olanak sağlayabilir."
Araştırmacılar hücreleri silikon levhaların üzerine koyarak cihazların ortak bir yarı iletken malzeme ile eşleştirilebileceğini gösterdi. Daha sonra, özel olarak üretilmiş bir test istasyonunda her bir gofret üzerinde bir glikoz çözeltisi akıtırken her hücre tarafından üretilen akımı ölçtüler.
Advanced Materials dergisinde yakın zamanda yayınlanan bir makalede yayınlanan sonuçlara göre, birçok hücre yaklaşık 80 milivoltluk bir tepe voltajı üretti. Araştırmacılar, bunun herhangi bir glikoz yakıt hücresi tasarımının en yüksek güç yoğunluğu olduğunu iddia ediyor.
Glikoz yakıt hücreleri, vücutta hazır bulunan bir yakıtı kullanarak implante edilebilir cihazlara güç sağlamak için faydalı olabilir.
Norveç'teki Oslo Üniversitesi'nde kimya profesörü olan ve çalışmaya katkıda bulunmayan Truls Norby, MIT ekibi "yerleştirilmiş sensörler ve belki başka işlevler için minyatür güç kaynaklarına yeni bir yol açtı" dedi. bir haber bülteninde söyledi. "Kullanılan seramikler toksik değildir, ucuzdur ve hem vücuttaki koşullara hem de implantasyon öncesi sterilizasyon koşullarına karşı en az inert değildir. Şimdiye kadarki konsept ve gösterim gerçekten umut verici."
Simons, yeni yakıt hücrelerinin gelecekte tamamen yeni cihaz sınıflarına olanak sağlayabileceğini söyledi. "Yakıt hücremizin ne kadar küçük olduğu göz önüne alındığında, yalnızca birkaç mikrometre büyüklüğünde implante edilebilir cihazlar hayal edilebilir" diye ekledi. "Ya şimdi implante edilebilir cihazlarla tek tek hücrelere hitap edebilseydik?"
