Itin ploni kuro elementai gali panaudoti jūsų kūno cukrų implantams maitinti
- MIT mokslininkai sukūrė naują galios elementą, kuris veikia naudojant jūsų kūno gliukozę.
- Ląstelės galėtų maitinti medicinos prietaisus ir padėti žmonėms, kurie dėl patogumo į savo kūną implantuoja elektroninius prietaisus.
- Implantuojami prietaisai turi būti kuo mažesni, kad jų poveikis pacientams būtų kuo mažesnis.
MIT
Jūsų kūnas gali būti energijos šaltinis būsimoms programėlėms.
MIT mokslininkai sukūrė a gliukoze varomas kuro elementas kurie galėtų pamaitinti miniatiūrinius implantus ir jutiklius. Prietaisas yra maždaug 1/100 žmogaus plauko skersmens ir generuoja apie 43 mikrovatus vienam kvadratiniam centimetrui elektros energijos. Kuro elementai gali būti naudingi medicinoje ir mažam, bet vis didėjančiam žmonių skaičiui implantuoti elektroninius prietaisus jų kūnuose patogumui.
„Gliukozės kuro elementai gali tapti naudingi implantuojamų prietaisų maitinimui naudojant kūne lengvai prieinamą kurą. Filipas Simonsas, kuris sukūrė dizainą kaip savo daktaro laipsnio dalį. disertaciją, sakė Lifewire interviu el. paštu. "Pavyzdžiui, mes įsivaizduojame, kad savo gliukozės kuro elementą naudosime labai miniatiūriniams jutikliams, matuojantiems kūno funkcijas. Pagalvokite apie gliukozės kiekio stebėjimą pacientams, sergantiems cukriniu diabetu, širdies būklių stebėjimą arba biomarkerių, kurie nustato naviko evoliuciją, stebėjimą.
Mažas, bet galingas
Didžiausias iššūkis kuriant naują kuro elementą buvo sukurti pakankamai mažą dizainą, sakė Simonsas. Jis pridūrė, kad implantuojami prietaisai turi būti kuo mažesni, kad būtų sumažintas jų poveikis pacientams.
„Šiuo metu baterijos yra labai ribotos, kiek jos gali tapti mažos: jei sumažinsite bateriją, sumažės energijos, kurią ji gali suteikti“, - sakė Simonsas. „Mes parodėme, kad su prietaisu, kuris yra 100 kartų plonesnis už žmogaus plaukus, galime tiekti energiją, kurios pakaktų miniatiūriniams jutikliams maitinti.
„Atsižvelgiant į tai, koks mažas mūsų kuro elementas, galima įsivaizduoti implantuojamus prietaisus, kurių dydis yra vos keli mikrometrai.
Simonsas ir jo bendradarbiai turėjo padaryti naują įrenginį galintį generuoti elektrą ir pakankamai tvirtą, kad atlaikytų iki 600 laipsnių Celsijaus temperatūrą. Jei kuro elementas būtų naudojamas medicininiame implante, jis turės būti sterilizuojamas aukštoje temperatūroje.
Norėdami rasti medžiagą, kuri galėtų atlaikyti didelį karštį, mokslininkai kreipėsi į keramiką, kuri išlaiko savo elektrochemines savybes net esant aukštai temperatūrai. Tyrėjai numato, kad naujasis dizainas gali būti pagamintas į itin plonas plėveles ar dangas ir apvyniotas implantais, kad pasyviai maitintų elektroniką, naudojant gausią organizmo gliukozės atsargą.
Naujo kuro elemento idėja kilo 2016 m Jennifer L. M. Rupp, Simons baigiamojo darbo vadovė ir MIT profesorė, kuri specializuojasi keramikos ir elektrocheminių prietaisų gamyboje, nėštumo metu atliko gliukozės tyrimą.
„Gydytojo kabinete buvau labai nuobodus elektrochemikas, galvojau, ką galima padaryti su cukrumi ir elektrochemija“, – pranešime spaudai sakė Ruppas. „Tada supratau, kad būtų gerai turėti gliukoze varomą kietojo kūno įrenginį. Mes su Philippu susitikome prie kavos ir ant servetėlės išrašėme pirmuosius piešinius.
Gliukozės kuro elementai pirmą kartą buvo pristatyti septintajame dešimtmetyje, tačiau ankstyvieji modeliai buvo pagrįsti minkštais polimerais. Šie ankstyvieji kuro šaltiniai buvo pakeisti ličio jodido baterijomis.
olegbreslavtsevas / Getty Images
„Iki šiol baterijos paprastai naudojamos implantuojamiems įrenginiams, tokiems kaip širdies stimuliatoriai, maitinti“, – sakė Simonsas. „Tačiau šių baterijų energija ilgainiui baigsis, o tai reiškia, kad širdies stimuliatorių reikia reguliariai keisti. Tai iš tikrųjų yra didžiulis komplikacijų šaltinis."
Ateitis gali būti maža ir implantuojama
Ieškant kuro elementų sprendimo, kuris gali trukti neribotą laiką kūno viduje, komanda įsitraukė elektrolitas su anodu ir katodu, pagamintas iš platinos, stabilios medžiagos, kuri lengvai reaguoja su gliukozė.
Medžiagų tipas naujajame gliukozės kuro elemente leidžia lanksčiai nustatyti, kur ją galima implantuoti į kūną. „Pavyzdžiui, jis gali atlaikyti ėsdinančią virškinimo sistemos aplinką, todėl nauji jutikliai galėtų stebėti lėtines ligas, tokias kaip dirgliosios žarnos sindromas“, – sakė Simonsas.
Tyrėjai įdėjo ląsteles ant silicio plokštelių, parodydami, kad įrenginius galima suporuoti su įprasta puslaidininkine medžiaga. Tada jie išmatavo kiekvienos ląstelės gaminamą srovę, kai pagal užsakymą pagamintoje bandymų stotyje tekėjo gliukozės tirpalu per kiekvieną plokštelę.
Pagal rezultatus, paskelbtus a naujausias popierius žurnale Pažangios medžiagos. Tyrėjai teigia, kad tai yra didžiausias bet kokio gliukozės kuro elementų konstrukcijos galios tankis.
„Gliukozės kuro elementai gali tapti naudingi implantuojamų prietaisų maitinimui naudojant organizme lengvai prieinamą kurą.
MIT komanda „atvėrė naują kelią į miniatiūrinius maitinimo šaltinius implantuotiems jutikliams ir galbūt kitoms funkcijoms“. Trulsas Norbis, prie darbo neprisidėjęs Oslo universiteto Norvegijoje chemijos profesorius, rašoma pranešime spaudai. „Naudojama keramika yra netoksiška, pigi ir ne mažiau inertiška tiek organizmo sąlygoms, tiek sterilizacijos sąlygoms prieš implantavimą. Kol kas koncepcija ir demonstravimas yra tikrai daug žadantys.
Simonsas teigė, kad nauji kuro elementai ateityje gali įgalinti visiškai naujas prietaisų klases. „Atsižvelgiant į tai, koks mažas mūsų kuro elementas, galima įsivaizduoti implantuojamus prietaisus, kurių dydis yra vos keli mikrometrai“, – pridūrė jis. "O kas, jei dabar galėtume nukreipti atskiras ląsteles implantuojamais prietaisais?"