Pagrindiniai pasiėmimai
- MIT mokslininkai sukūrė naują energijos elementą, kuris veikia naudojant jūsų organizmo 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.
Jūsų kūnas gali būti energijos š altinis būsimoms programėlėms.
MIT mokslininkai sukūrė gliukoze varomą kuro elementą, kuris galėtų maitinti 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 didėjančiam žmonių skaičiui, kurie dėl patogumo į savo kūną implantuoja elektroninius prietaisus.
„Gliukozės kuro elementai gali būti naudingi maitinant implantuojamus įrenginius, naudojant kūne lengvai prieinamą kurą“, – sakė Philippas Simonsas, kuris sukūrė dizainą kaip savo daktaro laipsnio dalį. disertaciją, sakė Lifewire interviu el. paštu. "Pavyzdžiui, mes įsivaizduojame savo gliukozės kuro elementą naudoti labai miniatiūriniams jutikliams, matuojantiems kūno funkcijas. Pagalvokite apie diabetu sergančių pacientų gliukozės kiekio stebėjimą, širdies būklės stebėjimą arba biomarkerių, identifikuojančių naviko raidą, stebėjimą."
Maža, bet galinga
Didžiausias iššūkis kuriant naują kuro elementą buvo sukurti pakankamai mažą dizainą, sakė Simonsas. Jis pridūrė, kad implantuojami prietaisai turi būti kuo mažesni, kad jų poveikis pacientams būtų kuo mažesnis.
"Šiuo metu baterijų dydis yra labai ribotas: jei sumažinsite bateriją, sumažės energijos, kurią ji gali suteikti", - sakė Simonsas. "Mes parodėme, kad naudodami prietaisą, 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, kad naujasis įrenginys galėtų gaminti elektros energiją ir būtų pakankamai tvirtas, 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, tyrėjai kreipėsi į keramiką, kuri išlaiko savo elektrochemines savybes net esant aukštai temperatūrai. Tyrėjai numato, kad naujasis dizainas galėtų 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., kai Jennifer L. M. Rupp, Simonso 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 prietaisą. Mes su Philippu susitikome prie kavos ir ant servetėlės nurašėme pirmuosius piešinius."
Gliukozės kuro elementai pirmą kartą buvo pristatyti septintajame dešimtmetyje, tačiau ankstyvieji modeliai buvo pagrįsti minkštais polimerais. Šie ankstyvieji degalų š altiniai buvo pakeisti ličio jodido baterijomis.
„Iki šiol baterijos paprastai naudojamos implantuojamiems įrenginiams, pvz., širdies stimuliatoriams, maitinti“, – sakė Simonsas. „Tačiau šių baterijų energija ilgainiui baigsis, o tai reiškia, kad širdies stimuliatorių reikia reguliariai keisti. Tai iš tikrųjų yra didžiulis komplikacijų š altinis."
Ateitis gali būti maža ir implantuojama
Ieškodama kuro elementų tirpalo, kuris galėtų neribotą laiką išlikti kūno viduje, komanda sujungė elektrolitą su anodu ir katodu, pagamintu iš platinos – stabilios medžiagos, kuri lengvai reaguoja su gliukoze.
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 uždėjo elementus ant silicio plokštelių, parodydami, kad įrenginius galima suporuoti su įprasta puslaidininkine medžiaga. Tada jie išmatavo kiekvienos ląstelės gaminamą srovę, kai per kiekvieną plokštelę tekėjo gliukozės tirpalu pagal užsakymą pagamintoje bandymų stotyje.
Daugelis elementų gamino didžiausią apie 80 milivoltų įtampą, rodo rezultatai, paskelbti neseniai žurnale Advanced Materials. Tyrėjai teigia, kad tai yra didžiausias galios tankis iš bet kurios gliukozės kuro elementų konstrukcijos.
Gliukozės kuro elementai gali būti naudingi maitinant implantuojamus įrenginius naudojant kūne lengvai prieinamą kurą.
MIT komanda „atvėrė naują kelią į miniatiūrinius maitinimo š altinius, skirtus implantuotiems jutikliams ir galbūt kitoms funkcijoms“, – sakė Trulsas Norby, chemijos profesorius iš Norvegijos Oslo universiteto, kuris neprisidėjo prie darbo. sakoma pranešime spaudai. "Naudojama keramika yra netoksiška, pigi ir ne mažiau inertiška tiek kūno sąlygoms, tiek sterilizacijos sąlygoms prieš implantavimą. Kol kas koncepcija ir demonstravimas yra tikrai daug žadantis."
Simonsas teigė, kad nauji kuro elementai ateityje gali įgalinti visiškai naujas įrenginių 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 pritaikyti atskiras ląsteles implantuojamais prietaisais?"
