الوجبات الجاهزة الرئيسية
- طور باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خلية طاقة جديدة تعمل باستخدام الجلوكوز في الجسم.
- يمكن للخلايا تشغيل الأجهزة الطبية ومساعدة الأشخاص الذين يزرعون أدوات إلكترونية في أجسادهم من أجل الراحة.
- يجب أن تكون الأجهزة القابلة للزرع صغيرة قدر الإمكان لتقليل تأثيرها على المرضى.
يمكن أن يكون جسمك مصدر طاقة للأجهزة المستقبلية.
طور علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خلية وقود تعمل بالجلوكوز يمكن أن تغذي الغرسات وأجهزة الاستشعار المصغرة.يقيس الجهاز حوالي 1/100 قطر شعرة الإنسان ويولد حوالي 43 ميكرو واط لكل سنتيمتر مربع من الكهرباء. يمكن أن تكون خلايا الوقود مفيدة في الطب والعدد الصغير ولكن المتزايد من الأشخاص الذين يزرعون أدوات إلكترونية في أجسادهم من أجل الراحة.
"يمكن أن تصبح خلايا وقود الجلوكوز مفيدة في تشغيل الأجهزة القابلة للزرع باستخدام وقود متوفر بسهولة في الجسم ،" فيليب سيمونز ، الذي طور التصميم كجزء من رسالة الدكتوراه الخاصة به. أطروحة ، أخبر Lifewire في مقابلة عبر البريد الإلكتروني. "على سبيل المثال ، نتصور استخدام خلية وقود الجلوكوز لدينا لتشغيل أجهزة استشعار شديدة الصغر تقيس وظائف الجسم. فكر في مراقبة الجلوكوز لمرضى السكري ، أو مراقبة حالات القلب ، أو تتبع المؤشرات الحيوية التي تحدد تطور الورم."
صغيرة لكن قوية
قال سيمونز إن التحدي الأكبر في تصميم خلية الوقود الجديدة هو الخروج بتصميم صغير بما يكفي. وأضاف أن الأجهزة القابلة للزرع يجب أن تكون صغيرة قدر الإمكان لتقليل تأثيرها على المرضى.
قال سيمونز"في الوقت الحالي ، البطاريات محدودة للغاية من حيث مدى صغر حجمها: إذا قمت بتصغير البطارية ، فإنها تقلل مقدار الطاقة التي يمكن أن توفرها". "لقد أظهرنا أنه باستخدام جهاز أرق 100 مرة من شعرة الإنسان ، يمكننا توفير الطاقة التي تكفي لتشغيل أجهزة الاستشعار المصغرة."
نظرًا لصغر حجم خلية الوقود لدينا ، يمكن للمرء أن يتخيل أجهزة قابلة للزرع لا يزيد حجمها عن بضعة ميكرومترات.
كان على سيمونز ومعاونيه جعل الجهاز الجديد قادرًا على توليد الكهرباء وقويًا بما يكفي لتحمل درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية. إذا تم استخدامها في غرسة طبية ، يجب أن تمر خلية الوقود بعملية تعقيم ذات درجة حرارة عالية.
للعثور على مادة يمكنها تحمل الحرارة العالية ، لجأ الباحثون إلى السيراميك ، الذي يحتفظ بخصائصه الكهروكيميائية حتى في درجات الحرارة العالية. يتصور الباحثون أن التصميم الجديد يمكن تحويله إلى أغشية أو طبقات رقيقة للغاية ويتم لفه حول الغرسات لتشغيل الإلكترونيات بشكل سلبي ، باستخدام إمدادات الجلوكوز الوفيرة في الجسم.
جاءت فكرة خلية الوقود الجديدة في عام 2016 عندما ذهبت جينيفر إل إم روب ، مشرف أطروحة سيمونز وأستاذة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، والمتخصصة في السيراميك والأجهزة الكهروكيميائية ، لاختبار الجلوكوز أثناء حملها.
قال روب في بيان صحفي"في عيادة الطبيب ، كنت أشعر بالملل الشديد في الكيمياء الكهربية ، وأفكر فيما يمكنك فعله بالسكر والكيمياء الكهربية". "ثم أدركت أنه سيكون من الجيد أن يكون لديك جهاز الحالة الصلبة الذي يعمل بالجلوكوز. والتقيت أنا و فيليب أثناء تناول القهوة وكتبنا الرسومات الأولى على منديل."
تم إدخال خلايا وقود الجلوكوز لأول مرة في الستينيات ، لكن النماذج المبكرة كانت تعتمد على البوليمرات اللينة. تم استبدال مصادر الوقود المبكرة هذه ببطاريات الليثيوم يوديد
قال سيمونز:"حتى الآن ، تُستخدم البطاريات عادة لتشغيل الأجهزة القابلة للزرع مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب". "ومع ذلك ، ستنفد طاقة هذه البطاريات في النهاية مما يعني ضرورة استبدال جهاز تنظيم ضربات القلب بانتظام.هذا في الواقع مصدر ضخم للتعقيدات."
المستقبل قد يكون صغيرًا وقابلًا للزراعة
في البحث عن محلول خلايا وقود يمكن أن يستمر إلى أجل غير مسمى داخل الجسم ، قام الفريق بوضع إلكتروليت بمصعد وكاثود مصنوع من البلاتين ، وهي مادة مستقرة تتفاعل بسهولة مع الجلوكوز.
يسمح نوع المواد في خلية وقود الجلوكوز الجديدة بالمرونة من حيث المكان الذي يمكن زراعته فيه في الجسم. قال سيمونز: "على سبيل المثال ، يمكن أن تتحمل البيئة المسببة للتآكل في الجهاز الهضمي ، والتي يمكن أن تمكن أجهزة استشعار جديدة من مراقبة الأمراض المزمنة مثل متلازمة القولون العصبي".
وضع الباحثون الخلايا على رقائق السيليكون ، مما يدل على أنه يمكن إقران الأجهزة بمادة أشباه الموصلات الشائعة. ثم قاموا بقياس التيار الذي تنتجه كل خلية أثناء تدفقهم لمحلول الجلوكوز فوق كل رقاقة في محطة اختبار مخصصة.
أنتجت العديد من الخلايا ذروة جهد تبلغ حوالي 80 مللي فولت ، وفقًا للنتائج المنشورة في ورقة بحثية حديثة في مجلة Advanced Materials. يدعي الباحثون أن هذه هي أعلى كثافة طاقة في أي تصميم لخلايا وقود الجلوكوز.
يمكن أن تصبح خلايا وقود الجلوكوز مفيدة لتشغيل الأجهزة القابلة للزرع باستخدام وقود متوفر بسهولة في الجسم.
فريق MIT "فتح طريقًا جديدًا لتصغير مصادر الطاقة لأجهزة الاستشعار المزروعة وربما وظائف أخرى" ، كما قال ترولس نوربي ، أستاذ الكيمياء بجامعة أوسلو في النرويج ، والذي لم يساهم في العمل ، قال في بيان صحفي. "السيراميك المستخدم غير سام ، ورخيص الثمن ، وليس الأقل خاملًا ، سواء بالنسبة لظروف الجسم أو لظروف التعقيم قبل الزرع. المفهوم والتطبيق حتى الآن واعدان حقًا."
قال سيمونز إن خلايا الوقود الجديدة يمكن أن تتيح فئات جديدة تمامًا من الأجهزة في المستقبل. وأضاف: "بالنظر إلى صغر حجم خلية الوقود لدينا ، يمكن للمرء أن يتخيل أجهزة قابلة للزرع لا يزيد حجمها عن بضعة ميكرومترات". "ماذا لو استطعنا الآن معالجة الخلايا الفردية بأجهزة قابلة للزرع؟"
