Atslēgas līdzņemšanai
- MIT pētnieki izstrādāja jaunu spēka elementu, kas darbojas, izmantojot jūsu ķermeņa glikozi.
- Šūnas varētu darbināt medicīnas ierīces un palīdzēt cilvēkiem, kuri ērtības labad implantē elektroniskus sīkrīkus.
- Implantējamām ierīcēm ir jābūt pēc iespējas mazākām, lai mazinātu to ietekmi uz pacientiem.
Jūsu ķermenis varētu būt enerģijas avots nākotnes sīkrīkiem.
MIT zinātnieki ir izstrādājuši ar glikozi darbināmu degvielas elementu, kas varētu darbināt miniatūrus implantus un sensorus. Ierīce mēra aptuveni 1/100 no cilvēka mata diametra un ģenerē aptuveni 43 mikrovatus uz kvadrātcentimetru elektroenerģijas. Kurināmā elementi varētu būt noderīgi medicīnā un nelielajam, bet pieaugošajam cilvēku skaitam, kuri ērtības labad implantē elektroniskus sīkrīkus.
"Glikozes kurināmā elementi var kļūt noderīgi, lai darbinātu implantējamas ierīces, izmantojot organismā viegli pieejamu degvielu," sacīja Filips Simonss, kurš izstrādāja dizainu kā daļu no sava doktora grāda. disertāciju, stāstīja Lifewire e-pasta intervijā. "Piemēram, mēs paredzam izmantot mūsu glikozes kurināmā elementu, lai darbinātu ļoti miniaturizētus sensorus, kas mēra ķermeņa funkcijas. Padomājiet par glikozes līmeņa novērošanu pacientiem ar cukura diabētu, sirds stāvokļa uzraudzību vai biomarķieru izsekošanu, kas identificē audzēja attīstību."
Maziņš, bet varens
Lielākais izaicinājums jaunās degvielas šūnas projektēšanā bija izstrādāt pietiekami mazu dizainu, sacīja Simons. Viņš piebilda, ka implantējamām ierīcēm ir jābūt pēc iespējas mazākām, lai mazinātu to ietekmi uz pacientiem.
"Pašlaik akumulatori ir ļoti ierobežoti, cik mazi tie var kļūt: ja padarāt akumulatoru mazāku, tas samazina enerģijas daudzumu," sacīja Simons. "Mēs esam parādījuši, ka ar ierīci, kas ir 100 reižu plānāka par cilvēka matu, mēs varam nodrošināt enerģiju, kas būtu pietiekama miniatūru sensoru darbināšanai."
Ņemot vērā, cik maza ir mūsu degvielas šūna, var iedomāties implantējamas ierīces, kas ir tikai dažus mikrometrus lielas.
Simonsam un viņa līdzstrādniekiem bija jāpadara jaunā ierīce spējīga ražot elektrību un pietiekami izturīga, lai izturētu temperatūru līdz 600 grādiem pēc Celsija. Ja to izmanto medicīniskajā implantā, degvielas šūnai būtu jāveic sterilizācijas process augstā temperatūrā.
Lai atrastu materiālu, kas varētu izturēt lielu karstumu, pētnieki pievērsās keramikai, kas saglabā savas elektroķīmiskās īpašības pat augstā temperatūrā. Pētnieki paredz, ka jauno dizainu varētu izgatavot īpaši plānās plēvēs vai pārklājumos un aptīt ap implantiem, lai pasīvi darbinātu elektroniku, izmantojot ķermeņa bagātīgo glikozes piegādi.
Ideja par jauno kurināmā elementu radās 2016. gadā, kad Dženifera L. M. Rupa, Simonsa diplomdarba vadītāja un MIT profesore, kura specializējas keramikas un elektroķīmisko ierīču ražošanā, grūtniecības laikā devās uz glikozes testu.
"Ārsta kabinetā es biju ļoti garlaicīgs elektroķīmiķis, domādams, ko jūs varētu darīt ar cukuru un elektroķīmiju," ziņu izlaidumā sacīja Rups. "Tad es sapratu, ka būtu labi, ja būtu ar glikozi darbināma cietvielu ierīce. Mēs ar Filipu satikāmies pie kafijas un uzrakstījām uz salvetes pirmos zīmējumus."
Glikozes kurināmā elementi pirmo reizi tika ieviesti 1960. gados, bet sākotnējie modeļi tika balstīti uz mīkstiem polimēriem. Šie agrīnie degvielas avoti tika aizstāti ar litija jodīda akumulatoriem.
"Līdz šim baterijas parasti izmanto, lai darbinātu implantējamas ierīces, piemēram, elektrokardiostimulatorus," sacīja Simons. "Tomēr šīm baterijām galu galā beigsies enerģija, kas nozīmē, ka elektrokardiostimulators ir regulāri jāmaina. Tas patiesībā ir milzīgs sarežģījumu avots."
Nākotne var būt maza un implantējama
Meklējot kurināmā elementu risinājumu, kas varētu kalpot ķermeņa iekšienē bezgalīgi, komanda iestiprināja elektrolītu ar anodu un katodu, kas izgatavots no platīna - stabila materiāla, kas viegli reaģē ar glikozi.
Materiālu veids jaunajā glikozes degvielas šūnā nodrošina elastību attiecībā uz to, kur to var implantēt organismā. "Piemēram, tas var izturēt gremošanas sistēmas korozīvo vidi, kas varētu ļaut jauniem sensoriem uzraudzīt hroniskas slimības, piemēram, kairinātu zarnu sindromu," sacīja Simons.
Pētnieki ievieto šūnas uz silīcija plāksnēm, parādot, ka ierīces var savienot pārī ar parastu pusvadītāju materiālu. Pēc tam viņi mērīja katras šūnas radīto strāvu, plūstot glikozes šķīdumam pāri katrai vafelei pēc pasūtījuma izgatavotā testa stacijā.
Daudzas šūnas radīja aptuveni 80 milivoltu maksimālo spriegumu, liecina rezultāti, kas publicēti nesenā rakstā žurnālā Advanced Materials. Pētnieki apgalvo, ka tas ir lielākais jaudas blīvums no jebkuras glikozes kurināmā elementu konstrukcijas.
Glikozes kurināmā elementi var kļūt noderīgi, lai darbinātu implantējamas ierīces, izmantojot organismā viegli pieejamu degvielu.
MIT komanda ir "atvērusi jaunu ceļu uz miniatūriem barošanas avotiem implantētiem sensoriem un, iespējams, citām funkcijām," sacīja Truls Norbijs, ķīmijas profesors Oslo Universitātē Norvēģijā, kurš nepiedalījās darbā, teikts ziņu izlaidumā. "Izmantotā keramika ir netoksiska, lēta un ne mazāk inerta gan attiecībā uz ķermeņa apstākļiem, gan sterilizācijas apstākļiem pirms implantācijas. Koncepcija un līdzšinējā demonstrācija ir patiešām daudzsološa."
Simons teica, ka jaunie kurināmā elementi nākotnē varētu nodrošināt pilnīgi jaunas ierīču klases. "Ņemot vērā, cik maza ir mūsu degvielas šūna, var iedomāties implantējamas ierīces, kas ir tikai dažus mikrometrus lielas," viņš piebilda. "Ko darīt, ja mēs tagad varētu risināt atsevišķas šūnas ar implantējamām ierīcēm?"
