Key Takeaway
- Penyelidik MIT membangunkan sel kuasa baharu yang berfungsi menggunakan glukosa badan anda.
- Sel boleh menjana kuasa peranti perubatan dan membantu orang yang menanam alat elektronik dalam badan mereka untuk kemudahan.
- Peranti yang boleh diimplan perlu sekecil mungkin untuk meminimumkan kesannya kepada pesakit.
Tubuh anda sendiri boleh menjadi sumber kuasa untuk alat masa hadapan.
Saintis MIT telah membangunkan sel bahan api berkuasa glukosa yang boleh memacu implan dan penderia kecil. Peranti ini mengukur kira-kira 1/100 diameter rambut manusia dan menjana kira-kira 43 mikrowatt setiap sentimeter persegi elektrik. Sel bahan api boleh berguna dalam perubatan dan bilangan orang yang kecil tetapi semakin ramai yang menanam alat elektronik dalam badan mereka untuk kemudahan.
"Sel bahan api glukosa boleh menjadi berguna untuk menggerakkan peranti boleh implan menggunakan bahan api yang sedia ada dalam badan, " Philipp Simons, yang membangunkan reka bentuk sebagai sebahagian daripada Ph. D. tesis, memberitahu Lifewire dalam temu bual e-mel. "Sebagai contoh, kami membayangkan menggunakan sel bahan api glukosa kami untuk menggerakkan sensor yang sangat kecil yang mengukur fungsi badan. Fikirkan pemantauan glukosa untuk pesakit diabetes, memantau keadaan jantung atau menjejaki biomarker yang mengenal pasti evolusi tumor."
Kecil tetapi Perkasa
Cabaran terbesar dalam mereka bentuk sel bahan api baharu ialah menghasilkan reka bentuk yang cukup kecil, kata Simons. Beliau menambah bahawa peranti boleh implan perlu sekecil mungkin untuk meminimumkan kesannya terhadap pesakit.
"Pada masa ini, bateri boleh menjadi sangat terhad: jika anda menjadikan bateri lebih kecil, ia mengurangkan jumlah tenaga yang boleh diberikannya," kata Simons. "Kami telah menunjukkan bahawa dengan peranti yang 100 kali lebih nipis daripada rambut manusia, kami boleh membekalkan tenaga yang mencukupi untuk menggerakkan sensor kecil."
Memandangkan betapa kecilnya sel bahan api kita, seseorang boleh bayangkan peranti boleh implan yang berukuran hanya beberapa mikrometer sahaja.
Simons dan rakan sekerjanya terpaksa menjadikan peranti baharu itu mampu menjana elektrik dan cukup kuat untuk menahan suhu sehingga 600 darjah Celsius. Jika digunakan dalam implan perubatan, sel bahan api perlu melalui proses pensterilan suhu tinggi.
Untuk mencari bahan yang boleh menahan haba yang tinggi, para penyelidik beralih kepada seramik, yang mengekalkan sifat elektrokimianya walaupun pada suhu tinggi. Para penyelidik membayangkan reka bentuk baharu itu boleh dibuat menjadi filem atau salutan ultranipis dan dililit di sekeliling implan untuk menggerakkan elektronik secara pasif, menggunakan bekalan glukosa badan yang banyak.
Idea untuk sel bahan api baharu muncul pada 2016 apabila Jennifer L. M. Rupp, penyelia tesis Simons dan seorang profesor MIT, yang pakar dalam seramik dan peranti elektrokimia, menjalani ujian glukosa semasa kehamilannya.
"Di pejabat doktor, saya seorang pakar elektrokimia yang sangat bosan, memikirkan apa yang boleh anda lakukan dengan gula dan elektrokimia," kata Rupp dalam satu kenyataan berita. "Kemudian saya sedar adalah baik untuk mempunyai peranti keadaan pepejal berkuasa glukosa. Dan Philipp dan saya bertemu sambil minum kopi dan menulis lukisan pertama pada serbet."
Sel bahan api glukosa mula diperkenalkan pada tahun 1960-an, tetapi model awal berasaskan polimer lembut. Sumber bahan api awal ini telah digantikan dengan bateri litium-iodida.
"Sehingga kini, bateri biasanya digunakan untuk menghidupkan peranti boleh implan seperti perentak jantung," kata Simons. “Bagaimanapun, bateri ini akhirnya akan kehabisan tenaga bermakna perentak jantung perlu diganti dengan kerap. Ini sebenarnya merupakan punca komplikasi yang besar."
Masa Depan Mungkin Kecil dan Boleh Diimplan
Dalam mencari penyelesaian sel bahan api yang boleh bertahan selama-lamanya di dalam badan, pasukan itu mengapit elektrolit dengan anod dan katod yang diperbuat daripada platinum, bahan stabil yang mudah bertindak balas dengan glukosa.
Jenis bahan dalam sel bahan api glukosa baharu membolehkan fleksibiliti dari segi tempat ia boleh ditanam di dalam badan. "Sebagai contoh, ia boleh menahan persekitaran menghakis sistem penghadaman, yang boleh membolehkan penderia baharu memantau penyakit kronik seperti sindrom iritasi usus," kata Simons.
Para penyelidik meletakkan sel pada wafer silikon, menunjukkan bahawa peranti boleh dipasangkan dengan bahan semikonduktor biasa. Mereka kemudian mengukur arus yang dihasilkan oleh setiap sel semasa mereka mengalirkan larutan glukosa ke atas setiap wafer dalam stesen ujian yang direka khas.
Banyak sel menghasilkan voltan puncak kira-kira 80 milivolt, menurut keputusan yang diterbitkan dalam makalah baru-baru ini dalam jurnal Advanced Materials. Para penyelidik mendakwa ini adalah ketumpatan kuasa tertinggi bagi mana-mana reka bentuk sel bahan api glukosa.
Sel bahan api glukosa boleh menjadi berguna untuk menggerakkan peranti boleh implan menggunakan bahan api yang tersedia dalam badan.
Pasukan MIT telah "membuka laluan baharu kepada sumber kuasa kecil untuk penderia yang diimplan dan mungkin fungsi lain," Truls Norby, seorang profesor kimia di Universiti Oslo di Norway, yang tidak menyumbang kepada kerja itu, berkata dalam satu kenyataan berita. "Seramik yang digunakan adalah tidak toksik, murah, dan tidak [sedikit] lengai, baik kepada keadaan dalam badan dan kepada keadaan pensterilan sebelum implantasi. Konsep dan demonstrasi setakat ini sememangnya menjanjikan."
Simons berkata bahawa sel bahan api baharu boleh mendayakan kelas peranti baharu sepenuhnya pada masa hadapan. "Memandangkan betapa kecilnya sel bahan api kita, seseorang boleh membayangkan peranti boleh implan yang hanya beberapa mikrometer besar," tambahnya. "Bagaimana jika kita kini boleh menangani sel individu dengan peranti boleh implan?"
