Mga Key Takeaway
- MIT researcher ay bumuo ng bagong power cell na gumagana gamit ang glucose ng iyong katawan.
- Ang mga cell ay maaaring magpagana ng mga medikal na device at tumulong sa mga taong nagtatanim ng mga elektronikong gadget sa kanilang mga katawan para sa kaginhawahan.
- Ang mga implantable device ay kailangang kasing liit hangga't maaari para mabawasan ang epekto nito sa mga pasyente.
Maaaring maging power source ang sarili mong katawan para sa mga gadget sa hinaharap.
MIT ang mga siyentipiko ay nakabuo ng isang glucose-powered fuel cell na maaaring mag-fuel ng mga maliliit na implant at sensor. Ang aparato ay sumusukat ng tungkol sa 1/100 ang diameter ng isang buhok ng tao at bumubuo ng mga 43 microwatts bawat square centimeter ng kuryente. Ang mga fuel cell ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa medisina at ang maliit ngunit lumalaking bilang ng mga tao na nagtatanim ng mga elektronikong gadget sa kanilang mga katawan para sa kaginhawahan.
"Ang mga glucose fuel cell ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa pagpapagana ng mga implantable device gamit ang fuel na madaling makuha sa katawan," Philipp Simons, na bumuo ng disenyo bilang bahagi ng kanyang Ph. D. thesis, sinabi sa Lifewire sa isang panayam sa email. "Halimbawa, naiisip namin na gamitin ang aming glucose fuel cell upang paganahin ang mga napakaliit na sensor na sumusukat sa mga function ng katawan. Isipin ang pagsubaybay sa glucose para sa mga pasyente ng diabetes, pagsubaybay sa mga kondisyon ng puso, o pagsubaybay sa mga biomarker na tumutukoy sa ebolusyon ng isang tumor."
Maliit ngunit Makapangyarihan
Ang pinakamalaking hamon sa pagdidisenyo ng bagong fuel cell ay ang pagkakaroon ng isang disenyo na sapat na maliit, sabi ni Simons. Idinagdag niya na ang mga implantable device ay kailangang maliit hangga't maaari para mabawasan ang epekto nito sa mga pasyente.
"Sa kasalukuyan, ang mga baterya ay napakaliit kung gaano sila maaaring maging: kung gagawin mong mas maliit ang isang baterya, binabawasan nito kung gaano karaming enerhiya ang maibibigay nito," sabi ni Simons. "Ipinakita namin na sa isang device na 100 beses na mas manipis kaysa sa buhok ng tao, makakapagbigay kami ng enerhiya na sapat para sa mga maliliit na sensor."
Dahil kung gaano kaliit ang ating fuel cell, maiisip ng isa ang mga implantable device na ilang micrometers lang ang laki.
Simons at ang kanyang mga collaborator ay kailangang gawin ang bagong device na makabuo ng kuryente at sapat na matigas upang mapaglabanan ang mga temperatura na hanggang 600 degrees Celsius. Kung gagamitin sa isang medikal na implant, ang fuel cell ay kailangang dumaan sa isang mataas na temperatura na proseso ng isterilisasyon.
Upang makahanap ng materyal na makatiis sa mataas na init, ang mga mananaliksik ay bumaling sa ceramic, na nagpapanatili ng mga electrochemical properties nito kahit na sa mataas na temperatura. Iniisip ng mga mananaliksik na ang bagong disenyo ay maaaring gawin sa mga ultrathin na pelikula o coatings at balot sa paligid ng mga implant upang pasiglahin ang electronics, gamit ang masaganang supply ng glucose ng katawan.
Ang ideya para sa bagong fuel cell ay dumating noong 2016 nang si Jennifer L. M. Rupp, thesis supervisor ni Simons at isang propesor sa MIT, na dalubhasa sa ceramics at electrochemical device, ay nagsagawa ng glucose test sa panahon ng kanyang pagbubuntis.
"Sa opisina ng doktor, ako ay isang napaka-bored electrochemist, iniisip kung ano ang maaari mong gawin sa asukal at electrochemistry," sabi ni Rupp sa isang pahayag ng balita. "Pagkatapos ay napagtanto ko na magandang magkaroon ng glucose-powered solid-state device. At nagkita kami ni Philipp sa kape at isinulat sa napkin ang mga unang drawing."
Ang Glucose fuel cell ay unang ipinakilala noong 1960s, ngunit ang mga unang modelo ay nakabatay sa malambot na polymer. Ang mga naunang pinagmumulan ng gasolina ay pinalitan ng mga bateryang lithium-iodide.
"Sa ngayon, ang mga baterya ay kadalasang ginagamit upang paandarin ang mga implantable device gaya ng mga pacemaker," sabi ni Simons. "Gayunpaman, ang mga bateryang ito sa kalaunan ay mauubusan ng enerhiya na nangangahulugan na ang isang pacemaker ay kailangang regular na palitan. Ito ay talagang isang malaking pinagmumulan ng mga komplikasyon."
Ang Kinabukasan ay Maaaring Maliit at Maitanim
Sa paghahanap ng fuel cell solution na maaaring tumagal nang walang katapusan sa loob ng katawan, nilagyan ng team ang isang electrolyte na may anode at cathode na gawa sa platinum, isang stable na materyal na madaling tumutugon sa glucose.
Ang uri ng mga materyales sa bagong glucose fuel cell ay nagbibigay-daan sa flexibility sa mga tuntunin kung saan ito maaaring itanim sa katawan. "Halimbawa, maaari nitong mapaglabanan ang kinakaing unti-unting kapaligiran ng digestive system, na maaaring magbigay-daan sa mga bagong sensor na masubaybayan ang mga malalang sakit gaya ng irritable bowel syndrome," sabi ni Simons.
Inilagay ng mga mananaliksik ang mga cell sa mga silicon na wafer, na nagpapakita na ang mga device ay maaaring ipares sa isang karaniwang materyal na semiconductor. Pagkatapos ay sinukat nila ang kasalukuyang ginawa ng bawat cell habang nagdaloy sila ng solusyon ng glucose sa bawat wafer sa isang custom-fabricated na istasyon ng pagsubok.
Maraming mga cell ang gumawa ng peak voltage na humigit-kumulang 80 millivolts, ayon sa mga resultang inilathala sa isang kamakailang papel sa journal Advanced Materials. Sinasabi ng mga mananaliksik na ito ang pinakamataas na power density ng anumang disenyo ng glucose fuel cell.
Ang mga glucose fuel cell ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa pagpapagana ng mga implantable device gamit ang fuel na madaling makuha sa katawan.
Ang MIT team ay "nagbukas ng bagong ruta patungo sa maliliit na pinagmumulan ng kuryente para sa mga implanted na sensor at maaaring iba pang mga function," Truls Norby, isang propesor ng chemistry sa University of Oslo sa Norway, na hindi nag-ambag sa trabaho, sabi sa isang news release. "Ang mga ceramics na ginamit ay hindi nakakalason, mura, at hindi [ang] hindi bababa sa hindi gumagalaw, kapwa sa mga kondisyon sa katawan at sa mga kondisyon ng isterilisasyon bago ang pagtatanim. Ang konsepto at demonstrasyon sa ngayon ay talagang maaasahan."
Sinabi ni Simons na ang mga bagong fuel cell ay maaaring paganahin ang mga ganap na bagong klase ng mga device sa hinaharap. "Dahil kung gaano kaliit ang ating fuel cell, maiisip ng isa ang mga implantable device na ilang micrometers lang ang laki," dagdag niya. "Paano kung maaari na nating tugunan ang mga indibidwal na cell gamit ang mga implantable device?"
