ایمپلنت‌های پزشکی را با گلوکز خون شارژ کنید

به گزارش ایسنا به نقل از نیواطلس، ایمپلنت هایی مانند ضربان سازها ممکن است نیاز به چندین دهه کار در بدن داشته باشند، بنابراین نیاز به منابع ثابت برق دارند و کابل ها را نمی توان از روی پوست بیمار عبور داد. باتری ها ممکن است راه حل واضحی باشند، اما تعویض آن ها نیاز به جراحی دارد و حتی با وجود پیشرفت های جدید برای شارژ بی سیم باتری از خارج از بدن، این باتری ها هنوز حجم زيادي به دستگاه هایی که باید تا حد امکان کوچک و سبک باشند، اضافه می کنند.

در حالت ایده آل، ایمپلنت ها باید مجهز به دستگاه هایی باشند که می توانند نیروی مورد نیاز خود را تولید کنند و چه منبع انرژی بهتر از منابع غنی مورد استفاده سلول های ما؟ پیل های سوختی گلوکز، که انرژی شیمیایی قند خون را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند، دهه هاست در حال توسعه هستند، اما هنوز چند مشکل وجود دارد. اکنون، محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دانشگاه فنی مونیخ دستگاه جدیدی ایجاد کرده اند که امکان دارد راه حل هایی در بر داشته باشد.

این پیل سوختی جدید با ساختاری تقریباً مشابه سلول های سوختی موجود، از یک آند، یک الکترولیت و یک کاتد تشکیل شده است. آند با گلوکز موجود در مایعات بدن واکنش می دهد و اسید گلوکونیک (Glucuronic acid) تولید می کند در این فرآیند دو پروتون و دو الکترون آزاد می شود. الکترولیت پروتون ها را به سرعت دور می کند و آن ها با هوا ترکیب میشوند و به مولکول های بی ضرر آب تبدیل می شوند. در همین حال، الکترون ها در یک مدار جمع آوری می شوند و سپس می توان از آن ها برای تامین 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 جدیدی به نام "سریا" (ceria) استفاده کردند. سریا یک سرامیک قوی و پایدار است که پروتون ها را به خوبی هدایت می کند و برای انجام کاری مشابه در پیل های سوختی هیدروژنی استفاده شده است. الکترودها از پلاتین ساخته شده بودند که به شدت با گلوکز واکنش نشان می دهد.

پیل هایی که در نهایت ساخته شدند، کوچک بودند و حدود ۳۰۰ میکرومتر عرض و فقط ۴۰۰ نانومتر ضخامت داشتند. برای آزمایش آن ها، محققان ۱۵۰ عدد از پیل ها را روی ویفرهای سیلیکونی( زیرلایه) قرار دادند، محلول گلوکز را روی آنها ریخته و خروجی الکتریکی آنها را اندازه گرفتند.

ولتاژ حداکثری پیل های سوختی حدود ۸۰ میلی ولت بود که معادل حدود ۴۳ میکرووات بر سانتی متر مربع است. به گفته ی محققان، این بالاترین چگالی توان در بین پیل های سوختی گلوکزی است که تاکنون ساخته شده و برای تامین انرژی ایمپلنت ها کافی است.

مواد سرامیکی علاوه بر خروجی بالایی که دارند، به ماندگاری بیشتر و مقاومت بهتر ایمپلنت ها در برابر دمای بالای استریل شدن قبل از کاشت کمک می کنند. محققان می گویند که این پیل های سوختی را می توان به صورت لایه های نازکی درآورد که به دور ایمپلنت ها می پیچد تا انرژی آن ها را تامین کند.

این تحقیق در مجله "Advanced Materials" منتشر شده است.