باتری قطره‌ای: آکسفورد کوچکترین باتری زیستی لیتیومی برای ایمپلنت‌ها را ایجاد کرد

محققان دانشگاه آکسفورد یک باتری لیتیوم-یونی کوچک و نرم برای کاربردهای بیومدیکال نظیر دفیبریلاسیون و ضربان‌ساز بافت قلب توسعه داده‌اند. این باتری، ساخته‌شده از قطرات هیدروژل زیست‌سازگار، با نور فعال می‌شود، قابل شارژ است و تجزیه‌پذیر می‌باشد.

تیم معتقد است که این باتری کوچک قابلیت‌های کلیدی برای کاربردهای بیومدیکال متفاوت را ارائه می‌دهد، مانند قدرت‌دهی به آزادسازی دارو، دفیبریلاسیون قلب و تامین انرژی برای میکروربات‌ها.

«تا به امروز، این کوچکترین باتری لیتیوم-یونی هیدروژل است و دارای چگالی انرژی برتری می‌باشد،» گفت دکتر ویوجیا ژانگ (دانشکده شیمی، دانشگاه آکسفورد)، محقق اصلی این مطالعه و استادیار شروعی در مدرسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان، در یک بیانیه.

باتری نرم کوچک

توسعه دستگاه‌های هوشمند کوچک، که اغلب کوچکتر از چند میلی‌متر مکعب هستند، به منابع قدرت به همان اندازه کوچک نیاز دارد.

برای دستگاه‌های بیومدیکال که مستقیم با بافت‌های بیولوژیک تعامل دارند، این منابع قدرت باید از مواد نرم ساخته شوند تا کاربردهای ایمن و کم‌تهاجمی را تضمین کنند.

ایده‌آل این است که این باتری‌ها ویژگی‌های خاصی مانند ظرفیت بالا، زیست‌سازگاری، قابلیت تجزیه‌پذیری، و فعال‌سازی قابل تحریک داشته باشند. آنها باید همچنین قابلیت کنترل از راه دور را داشته باشند تا عملکرد و تطبیق‌پذیری‌شان در محیط‌های پیچیده بهبود یابد.

تاکنون، دشوار است که همه این ویژگی‌ها را در یک باتری ترکیب کرد. در توسعه راه‌حل‌های انرژی موثر، امن و تطبیق‌پذیر برای کاربردهای بیومدیکال شکاف بزرگی وجود دارد زیرا هیچ منبع قدرت دیگری نمی‌تواند همه این ویژگی‌ها را به‌طور همزمان ترکیب کند.

برای حل این مشکل، دانشمندان از دانشکده‌های شیمی و فارماکولوژی دانشگاه آکسفورد یک باتری لیتیوم-یونی کوچک و قابل انعطاف با استفاده از قطرات هیدروژل زیست‌سازگار ایجاد کرده‌اند.

با استفاده از فرایندی به نام مونتاژ حمایت‌شده توسط سورفکتانت، باتری سه قطره میکروسکوپی، هر کدام با حجمی برابر با ۱۰ نانولیتر، را به کمک مولکول‌هایی که به صابون شباهت دارند، متصل می‌کند. دو عدد از این قطرات حاوی ذرات لیتیوم-یونی هستند که با یکدیگر تعامل می‌کنند تا انرژی تولید کنند.

به گفته تیم، طراحی نوآورانه مشکلات کلیدی برای قدرت‌دهی به دستگاه‌های بیومدیکال را حل می‌کند و یک راه‌حل کارآمد و زیست‌سازگار را ارائه می‌دهد. باتری مبتنی بر هیدروژل یک منبع قدرت امیدوارکننده برای دستگاه‌های کوچک و کم‌تهاجمی است که با بافت‌های زیستی به صورت ایمن تعامل می‌کنند.

قدرت زیست‌سازگار

باتری قطره‌ای تیم تحقیقاتی با نور فعال می‌شود، قابل شارژ است و تجزیه‌پذیر است، که این آن را به کوچک‌ترین باتری لیتیوم-یونی هیدروژل با چگالی انرژی برتر تبدیل می‌کند.

باتری حرکت مولکول‌های باردار بین سلول‌های صنعتی را تغذیه می‌کند و ضربان و دفیبریلاسیون قلب موش‌ها را کنترل می‌کند. با ترکیب ذرات مغناطیسی، می‌تواند به عنوان یک حامل انرژی متحرک نیز عمل کند.

به گفته تیم، درمان‌های اثبات مفهوم قلبی که در مدل‌های حیوانی انجام شده است، پتانسیل آن را به عنوان یک راه‌حل بی‌سیم و تجزیه‌پذیر امیدوارکننده برای مدیریت آریتمی‌های قلبی که عامل اصلی مرگ و میر جهانی هستند، نشان داده است.

«باتری لیتیوم-یونی نرم کوچک‌ترین در سری بسته‌های قدرت میکروسکوپی است که توسط دکتر ژانگ توسعه یافته است و به آینده‌ای شگفت‌انگیز برای دستگاه‌های الکترونیکی زیست‌سازگار که می‌توانند تحت شرایط فیزیولوژیکی عمل کنند، اشاره دارد،» گفت پروفسور هاگان بِیلی (دانشکده شیمی)، سرپرست گروه تحقیقاتی برای مطالعه، در یک بیانیه .

محققان یک درخواست ثبت اختراع از طریق نوآوری دانشگاه آکسفورد ارسال کرده‌اند. آنها باور دارند که این باتری کوچک و تطبیق‌پذیر فرصت‌های جدیدی در چندین زمینه ایجاد خواهد کرد، از جمله مراقبت بالینی. این به ویژه برای روبات‌های بیوکاربرد کوچک‌مقیاس درست است.