Recomandări cheie
- Cercetătorii MIT au dezvoltat o nouă celulă de putere care funcționează folosind glucoza din organism.
- Celulele ar putea alimenta dispozitivele medicale și pot ajuta persoanele care implantează gadgeturi electronice în corpul lor pentru comoditate.
- Dispozitivele implantabile trebuie să fie cât mai mici posibil pentru a minimiza impactul lor asupra pacienților.
Propriul corp ar putea fi o sursă de energie pentru gadget-uri viitoare.
Oamenii de știință MIT au dezvoltat o celulă de combustibil alimentată cu glucoză care ar putea alimenta implanturi și senzori în miniatură. Aparatul măsoară aproximativ 1/100 din diametrul unui fir de păr uman și generează aproximativ 43 de microwați pe centimetru pătrat de electricitate. Pilele de combustie ar putea fi utile în medicină și pentru numărul mic, dar în creștere, de oameni care implantează gadgeturi electronice în corpurile lor pentru confort.
„Pilele de combustibil cu glucoză pot deveni utile pentru alimentarea dispozitivelor implantabile folosind un combustibil ușor disponibil în organism”, Philipp Simons, care a dezvoltat designul ca parte a doctoratului său. teză, a declarat pentru Lifewire într-un interviu prin e-mail. „De exemplu, ne imaginăm folosirea celulei noastre de combustie cu glucoză pentru a alimenta senzori foarte miniaturizați care măsoară funcțiile corpului. Gândiți-vă la monitorizarea glucozei pentru pacienții cu diabet, la monitorizarea afecțiunilor cardiace sau la urmărirea biomarkerilor care identifică evoluția unei tumori.”
Mic, dar puternic
Cea mai mare provocare în proiectarea noii celule de combustibil a fost crearea unui design suficient de mic, a spus Simons. El a adăugat că dispozitivele implantabile trebuie să fie cât mai mici posibil pentru a minimiza impactul lor asupra pacienților.
„În prezent, bateriile sunt foarte limitate în ceea ce privește cât de mici pot deveni: dacă faceți o baterie mai mică, aceasta reduce cantitatea de energie pe care o poate furniza”, a spus Simons. „Am demonstrat că, cu un dispozitiv care este de 100 de ori mai subțire decât un păr uman, putem furniza energie care ar fi suficientă pentru a alimenta senzorii în miniatură.”
Având în vedere cât de mică este pila noastră de combustibil, ne putem imagina dispozitive implantabile care au doar câțiva micrometri mari.
Simons și colaboratorii săi au fost nevoiți să facă noul dispozitiv capabil să genereze electricitate și suficient de dur pentru a rezista la temperaturi de până la 600 de grade Celsius. Dacă este folosită într-un implant medical, pila de combustie ar trebui să treacă printr-un proces de sterilizare la temperatură în altă.
Pentru a găsi un material care să reziste la căldură ridicată, cercetătorii au apelat la ceramică, care își păstrează proprietățile electrochimice chiar și la temperaturi ridicate. Cercetătorii preconizează că noul design ar putea fi transformat în pelicule sau învelișuri ultrasubțiri și înfășurat în jurul implanturilor pentru a alimenta electronice pasiv, folosind abundența abundentă de glucoză din organism.
Ideea noii celule de combustie a venit în 2016, când Jennifer L. M. Rupp, conducătorul de teză al lui Simons și profesor MIT, specializat în ceramică și dispozitive electrochimice, a făcut un test de glucoză în timpul sarcinii.
„În cabinetul medicului, eram un electrochimist foarte plictisit, mă gândeam ce ai putea face cu zahărul și electrochimia”, a spus Rupp într-un comunicat de presă. „Atunci mi-am dat seama că ar fi bine să am un dispozitiv cu stare solidă alimentat cu glucoză. Și Philipp și cu mine ne-am întâlnit la o cafea și am scris pe un șervețel primele desene.”
Pilele de combustibil cu glucoză au fost introduse pentru prima dată în anii 1960, dar primele modele se bazau pe polimeri moi. Aceste surse timpurii de combustibil au fost înlocuite cu baterii cu iodură de litiu.
„Până în prezent, bateriile sunt de obicei folosite pentru a alimenta dispozitivele implantabile, cum ar fi stimulatoarele cardiace”, a spus Simons. „Cu toate acestea, aceste baterii vor rămâne în cele din urmă fără energie, ceea ce înseamnă că un stimulator cardiac trebuie înlocuit în mod regulat. Aceasta este de fapt o sursă uriașă de complicații."
Viitorul poate fi mic și implantabil
În căutarea unei soluții pentru celulele de combustie care să reziste la nesfârșit în interiorul corpului, echipa a inclus un electrolit cu un anod și un catod din platină, un material stabil care reacționează ușor cu glucoza.
Tipul de materiale din noua pilă de combustie cu glucoză permite flexibilitate în ceea ce privește locul în care poate fi implantată în organism. „De exemplu, poate rezista mediului corosiv al sistemului digestiv, ceea ce ar putea permite noi senzori să monitorizeze bolile cronice, cum ar fi sindromul de colon iritabil”, a spus Simons.
Cercetătorii au pus celulele pe plăci de siliciu, arătând că dispozitivele pot fi asociate cu un material semiconductor comun. Apoi au măsurat curentul produs de fiecare celulă în timp ce curgeau o soluție de glucoză peste fiecare plachetă într-o stație de testare fabricată la comandă.
Multe celule au produs o tensiune de vârf de aproximativ 80 de milivolți, potrivit rezultatelor publicate într-o lucrare recentă în jurnalul Advanced Materials. Cercetătorii susțin că aceasta este cea mai mare densitate de putere dintre toate modelele de celule de combustie cu glucoză.
Pilele de combustibil cu glucoză pot deveni utile pentru alimentarea dispozitivelor implantabile folosind un combustibil ușor disponibil în organism.
Echipa MIT a „deschis o nouă cale către sursele de energie în miniatură pentru senzori implantați și poate alte funcții”, Truls Norby, profesor de chimie la Universitatea din Oslo din Norvegia, care nu a contribuit la acest lucru, a spus într-un comunicat de presă. „Ceramicale folosite sunt non-toxice, ieftine și nu sunt deloc inerte, atât față de condițiile din organism, cât și față de condițiile de sterilizare înainte de implantare. Conceptul și demonstrația de până acum sunt într-adevăr promițătoare.”
Simons a spus că noile celule de combustibil ar putea permite clase complet noi de dispozitive în viitor. „Având în vedere cât de mică este celula noastră de combustibil, ne putem imagina dispozitive implantabile care au doar câțiva micrometri mari”, a adăugat el. „Dar dacă acum am putea aborda celule individuale cu dispozitive implantabile?”
