کوچک‌ترین باتری زیستی لیتیومی جهان معرفی شد

دانشگاه آکسفورد کوچک‌ترین باتری زیستی لیتیومی جهان را رونمایی کرد. این باتری به اندازه‌ای کوچک است که می‌تواند در دستگاه‌های نانو و میکرو استفاده شود.

به گزارش تک‌ناک،، این پیشرفت امکان استفاده در کاربردهای پزشکی و فناوری‌های مینیاتوری را فراهم می‌آورد و به دلیل قابلیت ادغام با سیستم‌های زیستی، می‌تواند باعث توسعه دستگاه‌های جدید و هوشمندتر شود.

این باتری که از قطرات هیدروژل زیست‌سازگار ساخته شده است، با نور فعال می‌شود و قابل شارژ مجدد و تجزیه زیستی است.

تیم تحقیقاتی ادعا می‌کند که این باتری کوچک زیستی قابلیت‌های کلیدی برای کاربردهای زیست‌پزشکی متنوعی مانند: تأمین انرژی برای آزادسازی دارو، دفیبریلاسیون قلب و تأمین انرژی برای میکروربات‌ها را ارائه می‌دهد.

دکتر یوجیا ژانگ، محقق اصلی این مطالعه در یک بیانیه اعلام کرد: «تا به امروز، این کوچک‌ترین باتری لیتیوم-یونی هیدروژلی است و دارای تراکم انرژی بسیار فوق‌العاده‌ای می‌باشد.»

باتری نرم مینیاتوری

توسعه دستگاه‌های هوشمند کوچک که اغلب کمتر از چند میلی‌متر مکعب هستند، نیاز به منابع انرژی به همان اندازه کوچک دارد. برای دستگاه‌های زیست‌پزشکی که به طور مستقیم با بافت‌های بیولوژیکی تعامل دارند، این منابع انرژی باید از مواد نرم ساخته شوند تا کاربردهای ایمن و کم تهاجمی را تضمین کنند.

به طور ایدئال، این باتری‌ها باید ویژگی‌های خاصی مانند: ظرفیت بالا، سازگاری زیستی، قابلیت تجزیه زیستی و فعال‌سازی قابل تحریک را داشته باشند. آنها همچنین باید دارای قابلیت کنترل از راه دور باشند تا عملکرد و تطبیق‌پذیری آنها در محیط‌های پیچیده بهبود یابد.

با وجود این، ترکیب تمام این ویژگی‌ها در یک باتری واحد دشوار است. شکاف بزرگی در توسعه راه‌حل‌های انرژی مؤثر، ایمنی و تطبیق‌پذیر برای کاربردهای زیست‌پزشکی وجود دارد، چرا که هیچ منبع انرژی نمی‌تواند تمام این خصوصیات را به طور همزمان ترکیب کند.

برای حل این مشکل، دانشمندان از دپارتمان‌های شیمی و داروسازی دانشگاه آکسفورد یک باتری لیتیوم-یونی کوچک و انعطاف‌پذیر با استفاده از قطرات هیدروژل زیست‌سازگار ایجاد کرده‌اند.

باتری با استفاده از روشی به نام مونتاژ پشتیبانی شده با سورفکتانت، سه قطره میکروسکوپی را به هم متصل می‌کند. هر یک از این قطره‌ها حدود ۱۰ نانولیتر حجم دارد و این اتصال با کمک مولکول‌هایی شبیه به صابون انجام می‌شود. دو قطره آن حاوی ذرات لیتیوم-یونی هستند که برای تولید انرژی با هم تعامل دارند.  

به گفته تیم تحقیقاتی، طراحی نوآورانه کوچک‌ترین باتری زیستی چالش‌های کلیدی تأمین انرژی دستگاه‌های زیست‌پزشکی را حل می‌کند و یک راه‌حل زیست‌سازگار و کارآمد ارائه می‌دهد. باتری مبتنی بر هیدروژل منبع انرژی مناسبی برای دستگاه‌های کوچک‌مقیاس و کم‌تهاجمی فراهم می‌کند، که به طور ایمن با بافت‌های بیولوژیکی تعامل دارند. 

قدرت سازگار باتری با زیست

این باتری توانست حرکت مولکول‌های بارگذاری شده بین سلول‌های مصنوعی و کنترل ضربان و دفیبریلاسیون قلب موش‌ها را تأمین کند. با ترکیب ذرات مغناطیسی، این باتری جدید می‌تواند به عنوان یک حامل انرژی متحرک نیز عمل نماید.

بر اساس گزارش تیم تحقیقاتی، درمان‌های قلبی که با این باتری جدید در نمونه‌های حیوانی انجام شد، پتانسیل آن را به‌عنوان یک راه‌حل بی‌سیم و زیست‌تجزیه‌پذیر برای مدیریت آریتمی‌های قلبی، که یکی از علل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان است، نشان داد.

پروفسور هاگان بیلی، رهبر گروه تحقیقاتی این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: «این باتری لیتیوم-یونی نرم و کوچک، پیشرفته‌ترین باتری در نوع خود است و آینده‌ای شگفت‌انگیز را برای دستگاه‌های الکترونیکی زیست‌سازگار که می‌توانند در شرایط فیزیولوژیکی کار کنند، رقم می‌زند.»

محققان درخواست ثبت اختراع این باتری را ثبت کرده‌اند. آنها معتقد هستند که این باتری کوچک و قابل تنظیم، فرصت‌های جدیدی در چندین حوزه، از جمله مراقبت‌های بالینی ایجاد خواهد کرد.