ابداع شارژر زیست‌‌تخریب‌پذیر که از بدن انرژی می‌گیرد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا از لایو ساینس، محققان دستگاه شارژ بی‌سیمی را به تازگی ابداع کرده‌اند که زیر پوست قرار می‌گیرد. این دستگاه تاکنون فقط روی جوندگان آزمایش شده است. انتظار می‌رود اگر تحقیقات بعدی این دستگاه روی انسان موفقیت‌آمیز باشد، باتری‌های ضخیم و سیم‌کشی‌های مرتبط با آن در ایمپلنت‌های پزشکی حذف شوند.

اکثر دستگاه‌های بیوالکترونیک، مانند حسگر‌ها یا سیستم‌های ارسال دارو، اغلب به دلیل ظرفیت باتری‌های داخلی، محدودیت کاربرد دارند؛ اگرچه می‌توان این ایمپلنت‌ها را به منبع تغذیه خارجی متصل کرد؛ اما این کار خطر بروزعفونت را در پی دارد به‌خصوص اگر بیمار نیاز به جراحی برای برداشتن یا تعویض قطعات داشته باشد.

اکنون محققان برای حل این مشکل، نمونه اولیه تراشه شارژ بی‌سیم را ساختند که می‌تواند زیر پوست جاسازی شود. نمونه اولیه که روی موش‌ها آزمایش شده است، می‌تواند به صورت بی سیم انرژی را از طریق بدن منتقل کند یا انرژی مورد نیاز را از بدن برداشت کند.

دانش‌پژوهان می‌گویند این تراشه انعطاف پذیر و نرم زیر پوستی که زیست تخریب پذیر است می‌تواند با شکل بافت بدن سازگار شود.

«وی لان» «Wei Lan» استاد الکترونیک در دانشکده علوم فیزیکی در دانشگاه لانژو چین و مجری این تحقیقات گفت: سیستم منبع تغذیه نمونه اولیه ما یک گام مهم رو به جلو در پیشرفت طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت زیست تخریب‌پذیر با قابلیت ارائه راه حل‌های انرژی موثر و قابل اعتماد است. 

این نمونه اولیه دستگاه شارژ از یک سیم پیچ منیزیمی استفاده می‌کند که وقتی سیم پیچ دوم بالای پوست قرار می‌گیرد، شارژ می‌شود. نیرو از یک مدار عبور می‌کند و سپس وارد یک ماژول ذخیره انرژی می‌شود که از خازن‌های هیبریدی یون روی ساخته شده است. 

برخلاف باتری‌ها که انرژی را به شکل شیمیایی ذخیره می‌کنند، این ابرخازن‌ها نیرو را به صورت انرژی الکتریکی ذخیره می‌کنند. آن‌ها همچنین چگالی توان بالایی دارند و می‌توانند مقدار زیادی انرژی را به یکباره تخلیه کنند، حتی اگر در هر واحد انرژی کمتری نسبت به باتری‌ها ذخیره کنند.

محققان این نمونه اولیه را در یک ایمپلنت زیست تخریب پذیر شبیه تراشه جاسازی کردند که ترکیبی از برداشت انرژی و ذخیره انرژی است. هنگامی که نمونه اولیه به یک ایمپلنت پزشکی متصل شد، برق از طریق مدار مستقیماً به دستگاه و به خازن منتقل شد تا از منبع تغذیه ثابت اطمینان حاصل شود. 

در موش‌ها، ایمپلنت بی سیم تا ۱۰ روز کار می‌کرد و در عرض دو ماه کاملاً حل شد که این امر زیست تخریب پذیری آن را ثابت می‌کند. لان می‌گوید اگر موفق شوند لایه‌های پلیمری محافظ و مومی را که سیستم را پوشانده اند، ضخیم‌تر کنند، این دستگاه احتمالاً می‌تواند بیشتر دوام بیاورد.

این دانشمندان شارژر بی سیم خود را به عنوان یک سیستم تحویل دارو آزمایش کردند و داروی ضد التهابی را به موش‌های تب دار تحویل دادند. پس از ۱۲ ساعت، موش‌هایی که هیچ ایمپلنتی نداشتند دمای بدنشان بسیار بالاتر از موش‌هایی بود که تراشه داشتند، که نشان می‌داد دستگاه با موفقیت دارو را تحویل می‌دهد.

با این حال، پیش از آنکه این نمونه اولیه روی انسان آزمایش شود باید بر چندین مانع غلبه کند. در آزمایش‌های تحویل دارو، به برخی از موش‌ها ایمپلنت‌های بدون شارژ آغشته به مواد ضدالتهاب داده شد و کاهش دمای بدن موش‌ها نشان دهنده انتشار غیرفعال دارو بود.

محققان همچنین بر روشن یا خاموش کردن دستگاه تسلط نداشته است و فقط زمانی که برق تمام شود از کار می‌افتد. تحقیقات آینده باید اندازه دستگاه و قابلیت تجزیه زیستی کامل را نیز بررسی کند.

لان با اشاره به اینکه در حال حاضر، اندازه سیستم هنوز نسبتاً بزرگ است و شامل یک ماژول یکسو کننده کوچک (که بین AC و DC تبدیل می‌شود) است اظهار داشت: پایداری دستگاه باید بیشتر بهبود یابد. به گفته وی هنوز فاصله زیادی تا دستیابی به کاربرد‌های زیست پزشکی واقعی وجود دارد.

نتایج این تحقیقات در نشریه Science Advances منتشر شده است.