باتری «قطره‌ای» راه را برای ورود دستگاه‌های ریز به بافت بدن هموار کرد

موبنا-به نقل از «سای تک دیلی»، وسایل کوچ یکپارچه شده بیولوژیکی که قادر به تراکنش با سلول ها و تحریک آنها هستند، می‌توانند کاربردهای درمانی مهمی از قبیل انتقال هدفمند دارو و بهبود سریع‌تر زخم‌ها داشته باشند. اما یکی از موانع اصلی در این راه فراهم کردن یک منبع کارآمد برق در مقیاس میکرو برای این وسیله‌ها بوده است.

برای پرداختن به این مساله، محققانی از بخش شیمی دانشگاه آکسفورد یک منبع برق مینیاتوری ساخته‌اند که قادر به تغییر فعالیت سلول های عصبی انسان است. این وسیله جدید با الهام از چگونگی تولید برق توسط «مارماهی الکتریکی» (electric eels)، از افت حرارت یونی داخلی برای تولید انرژی استفاده می کند.

این منبع قدرت نرم مینیاتوری‌شده از طریق رسوب دادن زنجیره‌ای از پنج قطره هیدروژل رسانا در اندازه نانولیتر (یک شبکه سه‌بعدی از زنجیره‌های پلیمری دربردارنده مقدار زیادی آب جذب شده) تولید می‌شود. هر کدام از این قطره‌ها ترکیب متفاوتی دارد و به این ترتیب یک افت حرارت (gradient) تمرکز نمکی در طول زنجیره ایجاد می شود. این قطره ها توسط لایه‌های چربی از همسایه‌های خود جدا می شوند. این لایه‌های چربی حمایت مکانیکی فراهم می‌کنند در حالی که از جریان یافتن یون‌ها در بین قطرات جلوگیری می کنند.

منبع قدرت (برق) از طریق سرد کردن این ساختار تا چهار درجه سانتیگراد و تغییر محیط پیرامونی روشن می‌شود؛ این موجب وقفه در لایه‌های چربی شده و موجب می شود که قطرات یک هیدروژل مداوم تشکیل دهند. این روش به یون ها اجازه می دهد که از درون هیدروژل رسانا حرکت کنند. با ارتباط دادن قطرات پایانی به الکترودها، انرژی آزادشده از یون‌ها به برق تبدیل می شود و به ساختار هیدروژل اجازه می دهد که به عنوان یک منبع نیرو برای اجزای خارجی عمل کند.

در این مطالعه، منبع برق قطره‌ای فعال شده یک جریان برق ایجاد کرد که برای بیش از ۳۰ دقیقه دوام داشت. حداکثر توان برق خروجی تولیدشده از ۵۰ قطره نانولیتر حدود ۶۵ نانووات بود.

این تیم تحقیقاتی سپس نشان داد که چگونه می توان سلول های زنده را به یک سر این وسیله متصل کرد تا به این ترتیب فعالیت آنها را بتوان بطور مستقیم توسط جریان یونی تنظیم کرد.

دکتر «یوجیا ژانگ» از دانشکده شیمی دانشگاه آکسفورد و محقق اصلی این مطالعه گفت: منبع برق نرم مینیاتوری شده یک پیشرفت در حوزه دستگاه های یکپارچه شده بیولوژیکی است. ما با مهارکردن افت حرارتی (گرادیان) یونی یک سیستم مینیاتوری سازگار بیولوژیکی برای تنظیم سلول ها و بافت ها در مقیاس نانو تولید کردیم که گستره وسیعی از کاربردهای بالقوه در بیولوژی و پزشکی را می گشاید.

ایرنا