تحقق دستگاه های زیستی مینیاتوری با باتری قطره ای جدید

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، دانشگاه آکسفورد در بیانیه ای نوشت: محققان دانشگاه آکسفورد گام مهمی در جهت تحقق دستگاه های زیستی یکپارچه مینیاتوری برداشته اند. این دستگاه ها قادر به تحریک مستقیم سلول ها هستند. این کار در مجله Nature منتشر شده است.

دستگاه های کوچک زیستی یکپارچه که می توانند با سلول ها تعامل داشته باشند و آنها را تحریک کنند، می توانند کاربردهای درمانی مهمی از جمله ارائه درمان های دارویی هدفمند و تسریع بهبود زخم داشته باشند. با این حال، چنین دستگاه هایی همگی برای کار کردن به یک منبع تغذیه نیاز دارند. تا به امروز، هیچ وسیله کارآمدی برای تامین توان در سطح خرد وجود نداشته است.

برای رفع این مشکل، محققان دپارتمان شیمی دانشگاه آکسفورد یک منبع انرژی مینیاتوری ایجاد کرده اند که می تواند فعالیت سلول های عصبی انسان را تغییر دهد. این دستگاه با الهام از نحوه تولید الکتریسیته توسط مارماهی های الکتریکی، از گرادیان های یون داخلی برای تولید انرژی استفاده می کند.

منبع miniaturized soft power با رسوب کردن زنجیره ای از پنج قطره به اندازه نانولیتر از یک هیدروژل رسانا (شبکه سه بعدی از زنجیره های پلیمری حاوی مقدار زیادی آب جذب شده) تولید می شود. هر قطره ترکیب متفاوتی دارد به طوری که یک گرادیان غلظت نمک در سراسر زنجیره ایجاد می شود. قطرات توسط دولایه لیپیدی از همسایه های خود جدا می شوند، که در عین حال از جریان یون ها بین قطرات، پشتیبانی مکانیکی را فراهم می کند.

منبع تغذیه با خنک کردن ساختار تا دمای 4 درجه سانتیگراد و تغییر محیط اطراف روشن می شود: این امر باعث اختلال در دولایه لیپیدی می شود و باعث می شود که قطرات یک هیدروژل پیوسته تشکیل دهند. این اجازه می دهد تا یون ها از طریق هیدروژل رسانا حرکت کنند، از قطرات پر نمک در دو انتها تا قطرات کم نمک در وسط. با اتصال قطرات انتهایی به الکترودها، انرژی آزاد شده از شیب یونی به الکتریسیته تبدیل می شود و ساختار هیدروژل را قادر می سازد تا به عنوان منبع انرژی برای اجزای خارجی عمل کند.

در این مطالعه، منبع تغذیه قطره فعال جریانی تولید کرد که بیش از 30 دقیقه ادامه داشت. حداکثر توان خروجی یک واحد ساخته شده از قطرات 50 نانولیتری حدود 65 نانووات بود. این دستگاه ها پس از 36 ساعت ذخیره سازی، جریان مشابهی تولید کردند.

به گفته محققان، طراحی ماژولار دستگاه اجازه می دهد تا چندین واحد با هم ترکیب شوند تا ولتاژ و/یا جریان تولید شده را افزایش دهند. این می تواند راه را برای تامین انرژی نسل بعدی دستگاه های پوشیدنی، رابط های زیست هیبریدی، ایمپلنت ها، بافت های مصنوعی و میکروربات ها باز کند. با ترکیب 20 واحد پنج قطره به صورت سری، آنها توانستند یک دیود ساطع کننده نور را روشن کنند که به حدود 2 ولت نیاز دارد. آنها پیش بینی می کنند که تولید خودکار دستگاه ها، به عنوان مثال با استفاده از چاپگر قطره ای، می تواند شبکه های قطره ای متشکل از هزاران واحد نیرو تولید کند.