باتری کاشتنی چه خواص ویژه‌ای دارد؟

به گزارش مجله خبری نگار،دستگاه‌های پزشکی کاشتنی، از ضربان‌ساز‌ها گرفته تا محرک‌های عصبی، همگی برای حفظ ضربان قلب بیماران و کاهش درد آنان به باتری‌ها متکی هستند؛ اما باتری‌ها درنهایت تمام می‌شوند و برای تعویض نیاز به جراحی‌های تهاجمی دارند. محققان در چین برای مقابله با این چالش‌ها، یک باتری کاشتنی ابداع کرده‌اند که با اکسیژن موجود در بدن کار می‌کند.

براساس مطالعه‌ای که ۲۷ مارس (هشتم فروردین) در ژورنال کِم منتشر شد، طرح مفهومی باتری جدید علاوه‌بر ارائه‌ی قدرت پایدار در موش‌ها، با سیستم بیولوژیکی نیز سازگار است.

شیزنگ لیو، نویسنده‌ی مقاله و متخصص مواد و دستگاه‌های انرژی در دانشگاه صنعتی تیانجین می‌گوید: «وقتی به آن فکر کنید، می‌بینید که اکسیژن منبع زندگی است. اگر بتوانیم از عرضه‌ی مداوم اکسیژن در بدن استفاده کنیم، مواد محدود موجود در باتری‌های معمولی باعث عمر محدود آن‌ها نخواهند شد.»

محققان برای ساخت یک باتری ایمن و کارآمد، الکترود‌های آن را از آلیاژی مبتنی‌بر سدیم و طلای نانومنفذ ساختند. نانومنفذ (Nanoporous) به ماده‌ای گفته می‌شود که منافذ آن هزاران‌بار کوچک‌تر از ضخامت یک تار مو است.

طلا به سازگاری با سیستم‌های زنده شناخته می‌شود و سدیم عنصری ضروری است که در همه‌جای بدن انسان یافت می‌شود. الکترود‌ها پس از واکنش شیمیایی با اکسیژن موجود در بدن، الکتریسیته تولید می‌کنند. محققان برای محافظت از باتری، آن را با لایه‌ی پلیمری متخلخلی که نرم و انعطاف‌پذیر است محصور کردند.

پژوهشگران در مرحله‌ی بعدی آزمایش خود، باتری را در زیر پوست قسمت پشت موش‌ها کاشتند و برق خروجی از آن را اندازه‌گیری کردند. آن‌ها دو هفته بعد دریافتند که این باتری‌ها می‌توانند ولتاژ‌های پایداری بین ۱٫۳ تا ۱٫۴ ولت با حداکثر چگالی ۲٫۶ میکرووات بر سانتی‌متر مربع تولید کنند. با وجود کافی‌نبودن انرژی خروجی برای تامین انرژی دستگاه‌های پزشکی، این طراحی نشان می‌دهد که مهار اکسیژن در بدن برای تولید انرژی امکان‌پذیر است.

تیم تحقیقاتی واکنش‌های التهابی، تغییرات متابولیک و بازسازی بافت اطراف باتری را نیز اندازه‌گیری کرد. موش‌های حاضر در مطالعه هیچ التهاب آشکاری نشان ندادند. محصولات جانبی حاصل از واکنش‌های شیمیایی باتری مانند یون‌های سدیم، یون‌های هیدروکسید و سطوح پایین هیدروکسید هیدروژن هم به‌راحتی توسط بدن متابولیزه می‌شوند و هیچ تاثیری روی کبد و کلیه‌ها برجای نمی‌گذارند.

موش‌ها پس از کاشت باتری، به‌خوبی بهبود یافتند و مو‌های پشت آن‌ها پس از ۴ هفته دوباره رشد کرد. محققان درکمال تعجب شاهد این اتفاق بودند که عروق خونی اطراف باتری‌ها هم مجددا بازسازی شدند.

به‌گفته‌ی لیو، خروجی ناپایداری الکتریسته درست پس از کاشت، محققان را گیج کرده بود. وی می‌افزاید: «معلوم شد پیش از اینکه باتری بتواند الکتریسیته‌ی ثابت ایجاد کند، باید به زخم فرصت می‌دادیم تا بهبود یابد و رگ‌های خونی اطراف باتری بازسازی شوند و اکسیژن تولید کنند. این یک یافته‌ی شگفت‌انگیز و جالب به‌شمار می‌رود؛ زیرا بدین معنی است که باتری می‌تواند به نظارت بر بهبود زخم کمک کند.»

تیم تحقیقاتی قصد دارد تا با کاوش در مواد کارآمد‌تر برای الکترود‌ها و بهینه‌سازی ساختار و طراحی باتری، انرژی تولیدشده توسط آن را افزایش دهند. لیو همچنین خاطرنشان می‌کند که به تولید صنعتی رساندن این باتری کار ساده و کم‌هزینه‌ای است و انتخاب مواد مقرون‌به‌صرفه می‌تواند قیمت آن را بیشتر کاهش دهد. باتری تولیدشده توسط این تیم ممکن است اهداف دیگری جز تامین انرژی دستگاه‌های پزشکی نیز پیدا کند.

لیو می‌گوید: «باتوجه‌به اینکه سلول‌های تومور به سطوح اکسیژن حساس هستند، کاشت این باتری مصرف‌کننده‌ی اکسیژن در اطراف تومور‌ها ممکن است به گرسنه‌ماندن آن‌ها کمک کند؛ همچنین امکان تبدیل انرژی باتری به گرما و کشتن سلول‌های سرطانی وجود دارد. چشم‌انداز‌های این باتری از استفاده به‌عنوان منبع انرژی گرفته تا زیست‌درمانی‌های بالقوه، همگی بسیار هیجان‌انگیز هستند.»