این باتری‌ قابل کاشت با اکسیژن بدن کار می‌کند

محققان دانشگاه صنعتی تیانجین در چین نوع جدیدی از باتری‌ قابل کاشت را ابداع کرده‌اند که با اکسیژن بدن کار می‌کند و هیچ‌گاه شارژش تمام نمی‌شود.

به گزارش تکناک، در یک بیانیه مطبوعاتی اشاره شده است که این باتری‌ قابل کاشت می‌تواند برای اهداف متعدد در بدن کاشته شود.

امروزه با پیشرفت‌های فناوری پزشکی، کاشت دستگاه‌هایی در داخل بدن به‌منظور تعدیل عملکرد اعضای بدن بسیار رایج شده است. برای مثال، ضربان‌سازها به جلوگیری از افت ضربان قلب کمک می‌کنند، در حالی که محرک‌های عصبی می‌توانند به کاهش درد مزمن کمک کنند. همه این دستگاه‌ها به یک منبع انرژی خارجی نیاز دارند که به‌طور معمول از طریق باتری‌های کوچک اما قدرتمند تامین می شود.

این باتری‌ها می‌توانند سال‌ها با هم به بیمار خدمت کنند، اما در نهایت آب آنها تمام می‌شود و کل سیستم باید تعویض شود. این امر مستلزم آن است که بیمار تحت عمل جراحی تهاجمی دیگری قرار گیرد.

بنابراین، محققان به دنبال راه‌هایی برای شارژ بی‌سیم این باتری‌ها یا تغذیه آن‌ها با حرکات مختلف بدن بوده‌اند.

به همین منظور محققان چینی یک قدم جلوتر رفته‌اند و از حیات و نحوه حفظ زندگی با استفاده از اکسیژن، الهام گرفته‌اند.

باتری اکسیژن

طراحی باتری که با اکسیژن کار می‌کند از الکترودهای ساخته شده از آلیاژ پایه سدیم و طلای نانومتخلخل تشکیل شده است. در این شکل، طلا هزاران سوراخ میکروسکوپی دارد.

محققان از طلا استفاده کردند زیرا به عنوان یک رسانای خوب و سازگار با سیستم‌های زنده شناخته شده است. از سوی دیگر، سدیم یک عنصر ضروری در بدن انسان است.

الکترودها می‌توانند با اکسیژن موجود در بدن واکنش داده و ولتاژ تولید کنند. محققان برای آزمایش دستگاه خود، باتری را در زیر پوست موش‌ها در آزمایشگاه کاشتند. قبل از کاشت، باتری در یک لایه پلیمری متخلخل محصور شده بود تا به مولکول‌ها اجازه عبور از آن و محافظت از تنظیمات باتری را بدهد.

ژنگ لیو، استاد مواد و دستگاه‌های انرژی در دانشگاه صنعتی تیانجین می‌گوید: « اکسیژن منبع زندگی ما است. اگر بتوانیم از عرضه مداوم اکسیژن در بدن استفاده کنیم، عمر این باتری توسط مواد محدود موجود در باتری‌های معمولی، محدود نخواهد شد.

دو هفته پس از کاشت، خروجی باتری قابل کاشت اندازه‌گیری شد و میزان آن بین 1.3 تا 1.4 ولت پایدار بود. حداکثر چگالی توان این باتری 2.6 µW/cm2 بود. این میزان برای تامین انرژی دستگاه‌های پزشکی کافی نیست اما اثبات یک مفهوم ارزشمند است که محققان می‌توانند بیشتر آن را توسعه دهند.

واکنش بدن چگونه بود؟

علاوه بر توان خروجی، محققان مشتاق بودند بدانند بدن چگونه به باتری کاشته شده واکنش نشان می‌دهد. محققان هیچ واکنش التهابی در اطراف محل ایمپلنت پیدا نکردند و عملکرد متابولیک موش‌ها طبیعی بود.

محصولات جانبی واکنش‌های شیمیایی باتری شامل مولکول‌های پراکسید هیدروژن و یون‌های سدیم و هیدروکسید بود. در بیانیه مطبوعاتی آمده است که این مواد در مقادیر کم تولید می‌شوند و به راحتی توسط کلیه‌ها و کبد موش‌ها متابولیزه می‌شوند. چهار هفته بعد، مو در محل کاشت نیز دوباره رشد کرده بود.

هنگامی که محققان خروجی باتری را بلافاصله پس از کاشت اندازه‌گیری کردند، کاملاً ناپایدار بود. با این حال، با بهبود محل کاشت، رگ‌های خونی اطراف باتری می‌توانند بازسازی شده و اکسیژن را به باتری عرضه کنند و خروجی آن پایدارتر شود.

برای تحقیقات آینده، محققان می‌خواهند مواد بیشتری را برای الکترود کشف کنند که این کار می‌تواند به بهینه‌سازی طراحی باتری کمک کند و تولید انبوه آن را مقرون به‌صرفه‌تر کند.

لیو در بیانیه مطبوعاتی افزود: از آنجایی که سلول‌های تومور به سطوح اکسیژن حساس هستند، کاشت این باتری اکسیژن‌ساز در اطراف آن ممکن است موجب گرسنگی آنها شود. همچنین امکان تبدیل انرژی باتری به گرما برای از بین بردن سلول‌های سرطانی وجود دارد.

یافته‌های این تحقیق در مجله Chem منتشر شد.