Негізгі ұсыныстар
- MIT зерттеушілері денеңіздегі глюкозаны қолданатын жаңа қуат жасушасын ойлап тапты.
- Жасушалар медициналық құрылғыларға қуат беріп, ыңғайлы болу үшін денелеріне электронды гаджеттерді имплантациялаған адамдарға көмектесе алады.
- Имплантацияланатын құрылғылар пациенттерге әсерін азайту үшін мүмкіндігінше кішкентай болуы керек.
Өз денеңіз болашақ гаджеттер үшін қуат көзі болуы мүмкін.
MIT ғалымдары миниатюралық имплантаттар мен сенсорларды жағуға болатын глюкозамен жұмыс істейтін отын ұяшығын жасап шығарды. Құрылғы адам шашының шамамен 1/100 диаметрін өлшейді және бір шаршы сантиметрге шамамен 43 микроватт электр энергиясын өндіреді. Жанармай жасушалары медицинада және ыңғайлы болу үшін денелеріне электронды гаджеттерді имплантациялайтын аз, бірақ өсіп келе жатқан адамдар саны үшін пайдалы болуы мүмкін.
"Глюкоза отын жасушалары денеде оңай қол жетімді отын арқылы имплантацияланатын құрылғыларды қуаттандыру үшін пайдалы болуы мүмкін", - деп дизайнды Ph. D докторы ретінде әзірлеген Филипп Симонс. диссертация, Lifewire электрондық пошта сұхбатында айтты. "Мысалы, біз глюкозаның отын ұяшығымызды дене функцияларын өлшейтін жоғары миниатюралық сенсорларды қуаттандыру үшін пайдалануды ойластырамыз. Қант диабетімен ауыратын науқастар үшін глюкоза мониторингін, жүрек жағдайын бақылауды немесе ісік эволюциясын анықтайтын биомаркерлерді бақылауды ойластырыңыз."
Кішкентай, бірақ күшті
Жаңа отын ұяшығын жобалаудағы ең үлкен қиындық жеткілікті кішкентай дизайнды ойлап табу болды, деді Саймонс. Ол емделушілерге әсерін азайту үшін имплантацияланатын құрылғылар мүмкіндігінше кішкентай болуы керек екенін айтты.
"Қазіргі уақытта батареялар қаншалықты кішкентай болатыны өте шектеулі: егер сіз батареяны кішірейтсеңіз, ол беретін қуат көлемін азайтады", - деді Симонс. "Біз адам шашынан 100 есе жұқа құрылғы арқылы миниатюралық сенсорларды қуаттандыруға жететін энергияны қамтамасыз ете алатынымызды көрсеттік."
Отын ұяшығымыздың қаншалықты кішкентай екенін ескере отырып, бірнеше микрометрлік имплантацияланатын құрылғыларды елестетуге болады.
Симонс пен оның серіктестері жаңа құрылғыны электр қуатын өндіруге қабілетті және 600 градус Цельсийге дейінгі температураға төтеп бере алатындай берік ету керек болды. Медициналық имплантатта пайдаланылса, отын ұяшығы жоғары температурада зарарсыздандыру процесінен өтуі керек.
Жоғары ыстыққа төтеп бере алатын материал табу үшін зерттеушілер жоғары температурада да электрохимиялық қасиеттерін сақтайтын керамикаға бет бұрды. Зерттеушілер жаңа дизайнды ультра жұқа пленкаларға немесе жабындарға айналдыруға және денеде глюкозаның мол қорын пайдалана отырып, электроникаға пассивті қуат беру үшін импланттарға оралуға болады деп болжайды.
Жаңа отын ұяшығын құру идеясы 2016 жылы Симонстың диссертация жетекшісі және керамика мен электрохимиялық құрылғыларға маманданған MIT профессоры Дженнифер Л. М. Рупп жүктілік кезінде глюкоза сынағына барған кезде пайда болды.
"Дәрігердің кабинетінде мен қант пен электрохимиямен не істеуге болатынын ойлап, қатты зеріккен электрохимик болдым", - деді Рупп баспасөз хабарламасында. "Сосын мен глюкозамен жұмыс істейтін қатты денелі құрылғы болғаны жақсы екенін түсіндім. Ал Филипп екеуміз кофе ішіп кездесіп, майлыққа алғашқы сызбаларды жаздым."
Глюкоза отын ұяшықтары алғаш рет 1960 жылдары енгізілген, бірақ алғашқы үлгілер жұмсақ полимерлерге негізделген. Бұл ерте отын көздері литий-иодты батареялармен ауыстырылды.
"Бүгінгі күні батареялар әдетте кардиостимулятор сияқты имплантацияланатын құрылғыларды қуаттандыру үшін пайдаланылады", - деді Саймонс. «Дегенмен, бұл батареялардың энергиясы таусылады, бұл кардиостимуляторды үнемі ауыстыруды қажет етеді. Бұл шын мәнінде асқынулардың үлкен көзі."
Болашақ кішкентай және имплантацияланатын болуы мүмкін
Дене ішінде шексіз қызмет ете алатын отын ұяшығы ерітіндісін іздеуде топ глюкозамен оңай әрекеттесетін тұрақты материал платинадан жасалған анод пен катоды бар электролитке сэндвич жасады.
Жаңа глюкоза отын ұяшығындағы материалдардың түрі оны денеге имплантациялауға болатын жерде икемділікке мүмкіндік береді. "Мысалы, ол ас қорыту жүйесінің коррозиялық ортасына төтеп бере алады, бұл жаңа сенсорларға тітіркенген ішек синдромы сияқты созылмалы ауруларды бақылауға мүмкіндік береді", - деді Симонс.
Зерттеушілер ұяшықтарды кремний пластинкаларына салып, құрылғыларды жалпы жартылай өткізгіш материалмен жұптастыруға болатындығын көрсетті. Содан кейін олар тапсырыс бойынша жасалған сынақ станциясында әрбір пластинаның үстіне глюкоза ерітіндісін ағызған кезде әрбір ұяшық өндіретін токты өлшеді.
Advanced Materials журналында жақында жарияланған нәтижелерге сәйкес, көптеген ұяшықтар шамамен 80 милливольт ең жоғары кернеуді өндірді. Зерттеушілер бұл глюкоза отын ұяшықтарының кез келген конструкциясының ең жоғары қуат тығыздығы екенін айтады.
Глюкоза отын жасушалары денеде оңай қолжетімді отын арқылы имплантацияланатын құрылғыларды қуаттандыру үшін пайдалы болуы мүмкін.
MIT командасы «имплантацияланған сенсорлар және мүмкін басқа да функциялар үшін шағын қуат көздеріне жаңа жол ашты», - деп осы жұмысқа үлес қоспаған Норвегиядағы Осло университетінің химия профессоры Трулс Норби, деп хабарлады баспасөз хабарламасында. "Қолданылатын керамика улы емес, арзан және ағзадағы жағдайларға да, имплантацияға дейінгі зарарсыздандыру жағдайларына да ең аз инертті емес. Тұжырымдама мен көрсетілім осы уақытқа дейін перспективалы."
Симонс жаңа отын ұяшықтары болашақта құрылғылардың мүлдем жаңа кластарын қоса алатынын айтты. «Біздің отын ұяшығымыздың қаншалықты кішкентай екенін ескере отырып, бірнеше микрометрлік имплантацияланатын құрылғыларды елестетуге болады», - деп қосты ол. "Егер біз жеке жасушаларды имплантацияланатын құрылғылармен өңдей алсақ ше?"
