فراهم کردن انرژی ایمپلنت‌ها با قند خون با استفاده از یک پیل سوختی کوچک و کارآمد
تامین انرژی ایمپلنت‌های پزشکی گاهی اوقات دشوار می‌شود، اما تصور کنید که آنها بتوانند از خود بدن انرژی بگیرند.
بر این اساس یک پیل سوختی کوچک، طراحی شده که می‌تواند گلوکز خون را به الکتریسیته تبدیل می‌کند تا کارآمدتر از هر روش دیگری، انرژی مورد نیاز ایمپلنت‌ها را تأمین کند.
ایمپلنت‌هایی مانند ضربان‌ساز‌ها یا پیس‌میکرها ممکن است چندین دهه در بدن شخصی بمانند، آنها نیاز به منبع ثابت برق دارند. تعویض باتری آنها نیاز به عمل جراحی مجدد دارد و حتی با پیشرفت‌های جدید در شارژ بی‌سیم از خارج از بدن، حجم باتری‌هایی از این نوع، زیاد می‌شود و مشکلاتی ایجاد می‌کند.
پس به همین خاطر، مدت‌هاست که دانشمندان در پی تامین انرژی آنها از منابع انرژی خود بدن هستند و چه منبع انرژی بهتر از منبع غنی مورد استفاده سلول‌های ما، یعنی گلوکز یا قند خون می‌توان پیدا کرد؟
سلول‌های سوختی گلوکز، که انرژی شیمیایی قند خون را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند، دهه‌هاست که در حال توسعه هستند، اما موانع فنی بر سر استفاده عملی از آنها وجود داشت. حالا، دستگاه جدیدی از محققان MIT و دانشگاه فنی مونیخ ممکن است این مشکلات را حل کرده باشد.
ساختار پیل سوختی جدید تقریباً مشابه سلول‌های سوختی موجود است که از یک آند، یک الکترولیت و یک کاتد تشکیل شده است. آند با گلوکز موجود در مایعات بدن واکنش می‌دهد و اسید گلوکونیک تولید می‌کند، فرآیندی که دو پروتون و دو الکترون آزاد می‌کند. الکترولیت پروتون‌ها را دور می‌کند، جایی که با هوا مخلوط می‌شوند و به مولکول‌های آب بی‌ضرر تبدیل می‌شوند. در همین حال، الکترون‌ها در یک مدار گردآوری می‌شوند و سپس می‌توان از آنها برای تأمین انرژی یک دستگاه کاشته شده در بدن استفاده کرد.
اغلب اوقات، الکترولیت‌های موجود در پیل‌های سوختی گلوکز از پلیمر ساخته شده‌اند، اما محققان برای دستگاه خود از ماده جدیدی استفاده کردند – سریا ceria، یک سرامیک قوی و پایدار که پروتون‌ها را به خوبی هدایت می‌کند و برای همین عملکرد در سلول‌های سوختی هیدروژنی تولید شده.
پیل‌های نهایی کوچک هستند و حدود 300 میکرومتر عرض و فقط 400 نانومتر ضخامت دارند. برای آزمایش آنها، محققان 150 عدد از آنها را روی ویفر‌های سیلیکونی نصب کردند، محلول گلوکز را روی آنها ریختند و خروجی الکتریکی آنها را اندازه گرفتند.
پیل‌های سوختی حداکثر ولتاژی حدود 80 میلی ولت تولید می‌کردند که معادل حدود 43 میکرووات بر سانتی‌متر مربع است. این تیم می‌گوید که این بالاترین چگالی توان به دست آمده از پیل‌های شیمیایی مبتنی بر گلوکز است و برای تأمین انرژی دستگاه‌های کاشتنی کافی است.
علاوه بر خروجی بالای آن، مواد سرامیکی ماندگاری بیشتری دارند و چون به گرما مقاوم هستند، قبل از کاشت آنها در بدن می‌توان با گرما استریل‌شان کردند.
این سلول‌های سوختی را می‌توان به صورت لایه‌های نازکی درآورد که به دور ایمپلنت‌ها پیچانده می‌شود.
منبع: MIT
