Keeawayt
- MIT-tutkijat kehittivät uuden voimakennon, joka käyttää kehosi glukoosia.
- Solut voivat tehostaa lääketieteellisiä laitteita ja auttaa ihmisiä, jotka istuttavat elektronisia laitteita kehoonsa mukavuuden vuoksi.
- Istutettavien laitteiden on oltava mahdollisimman pieniä, jotta niiden vaikutus potilaisiin voidaan minimoida.
Oma kehosi voi olla virtalähde tuleville laitteille.
MIT-tutkijat ovat kehittäneet glukoosikäyttöisen polttokennon, joka voi toimia miniatyyri implanttien ja sensorien polttoaineena. Laitteen halkaisija on noin 1/100 hiuksen halkaisijasta ja se tuottaa noin 43 mikrowattia neliösenttimetriä kohden. Polttokennot voivat olla hyödyllisiä lääketieteessä ja pienelle mutta kasvavalle määrälle ihmisiä, jotka istuttavat elektronisia laitteita kehoonsa mukavuuden vuoksi.
"Glukoosipolttokennot voivat olla hyödyllisiä implantoitavien laitteiden tehonlähteenä käyttämällä kehossa helposti saatavilla olevaa polttoainetta", Philipp Simons, joka kehitti suunnittelun osana tohtorintutkintansa. opinnäytetyö, kertoi Lifewire sähköpostihaastattelussa. "Esimerkiksi kuvittelemme glukoosipolttokennojemme käyttävän erittäin pienikokoisia antureita, jotka mittaavat kehon toimintoja. Ajattele diabetespotilaiden glukoosin seurantaa, sydämen sairauksien seurantaa tai biomarkkereiden seurantaa, jotka tunnistavat kasvaimen kehityksen."
Pieni mutta mahtava
Suurin haaste uuden polttokennon suunnittelussa oli keksiä tarpeeksi pieni malli, Simons sanoi. Hän lisäsi, että implantoitavien laitteiden on oltava mahdollisimman pieniä, jotta niiden vaikutus potilaisiin olisi mahdollisimman pieni.
"Olemme osoittaneet, että laitteella, joka on 100 kertaa ohuempi kuin ihmisen hius, voimme tarjota energiaa, joka riittäisi pienikokoisille antureille."
Kun otetaan huomioon kuinka pieni polttokennomme on, voidaan kuvitella implantoitavia laitteita, jotka ovat vain muutaman mikrometrin kokoisia.
Simonsin ja hänen työtovereidensa oli tehtävä uudesta laitteesta sähköntuotantokykyinen ja riittävän kestävä kestämään jopa 600 celsiusasteen lämpötiloja. Jos polttokennoa käytetään lääketieteellisessä implantissa, se on steriloitava korkeassa lämpötilassa.
Löytääkseen materiaalin, joka kestäisi korkeaa lämpöä, tutkijat valitsivat keramiikasta, joka säilyttää sähkökemialliset ominaisuutensa jopa korkeissa lämpötiloissa. Tutkijat kuvittelevat, että uusi malli voitaisiin tehdä ultraohuiksi kalvoiksi tai pinnoitteiksi ja kääriä implanttien ympärille passiivisesti tehoelektroniikkaan käyttämällä kehon runsasta glukoosia.
Ajatus uudesta polttokennosta syntyi vuonna 2016, kun Jennifer L. M. Rupp, Simonsin opinnäytetyön ohjaaja ja MIT-professori, joka on erikoistunut keramiikkaan ja sähkökemiallisiin laitteisiin, meni glukoositestiin raskauden aikana.
"Lääkärin vastaanotolla olin hyvin kyllästynyt sähkökemisti, ja ajattelin, mitä voisitte tehdä sokerilla ja sähkökemialla", Rupp sanoi lehdistötiedotteessa. "Sitten tajusin, että olisi hyvä olla glukoosikäyttöinen puolijohdelaite. Ja minä ja Philipp tapasimme kahvin ääressä ja kirjoitimme lautasliinaan ensimmäiset piirrokset."
Glukoosipolttokennot esiteltiin ensimmäisen kerran 1960-luvulla, mutta varhaiset mallit perustuivat pehmeisiin polymeereihin. Nämä varhaiset polttoainelähteet korvattiin litiumjodidiakuilla.
"Tähän mennessä paristoja käytetään tyypillisesti implantoitavien laitteiden, kuten sydämentahdistimien, virtalähteeseen", Simons sanoi. "Näiden paristojen energia loppuu kuitenkin lopulta, mikä tarkoittaa, että sydämentahdistin on vaihdettava säännöllisesti. Tämä on itse asiassa v altava komplikaatioiden lähde."
Tulevaisuus voi olla pieni ja istutettava
Etsiessään polttokennoratkaisua, joka voisi kestää loputtomiin kehon sisällä, tiimi välitti elektrolyytin, jonka anodi ja katodi oli valmistettu platinasta, joka on vakaa materiaali, joka reagoi helposti glukoosin kanssa.
Uuden glukoosipolttokennon materiaalityyppi mahdollistaa joustavuuden sen suhteen, mihin se voidaan istuttaa kehossa. "Se voi esimerkiksi kestää ruoansulatusjärjestelmän syövyttävää ympäristöä, mikä voisi mahdollistaa uusien sensorien, jotka voivat seurata kroonisia sairauksia, kuten ärtyvän suolen oireyhtymää", Simons sanoi.
Tutkijat laittoivat solut piikiekkoille, mikä osoittaa, että laitteet voidaan yhdistää tavalliseen puolijohdemateriaaliin. Sitten he mittasivat kunkin kennon tuottaman virran, kun he virtasivat glukoosiliuosta kunkin kiekon yli mittatilaustyönä valmistetulla testiasemalla.
Monet kennot tuottivat noin 80 millivoltin huippujännitteen Advanced Materials -lehdessä äskettäin julkaistussa artikkelissa julkaistujen tulosten mukaan. Tutkijat väittävät, että tämä on kaikkien glukoosipolttokennojen suurin tehotiheys.
Glukoosipolttokennot voivat olla hyödyllisiä implantoitavien laitteiden tehonlähteenä käyttämällä kehossa helposti saatavilla olevaa polttoainetta.
MIT-tiimi on "avannut uuden reitin pienikokoisille virtalähteille istutetuille antureille ja ehkä muille toiminnoille", Truls Norby, kemian professori Oslon yliopistosta Norjasta, joka ei osallistunut työhön, sanoi tiedotteessa. "Käytetty keramiikka on myrkytöntä, halpaa ja ei [vähiten] inerttejä sekä kehon olosuhteille että sterilointiolosuhteille ennen implantointia. Konsepti ja esittely tähän mennessä ovat todellakin lupaavia."
Simons sanoi, että uudet polttokennot voivat mahdollistaa täysin uusia laiteluokkia tulevaisuudessa. "Kun otetaan huomioon kuinka pieni polttokennomme on, voidaan kuvitella implantoitavia laitteita, jotka ovat vain muutaman mikrometrin kokoisia", hän lisäsi. "Mitä jos voisimme nyt käsitellä yksittäisiä soluja implantoitavilla laitteilla?"
