پژوهشگران دانشگاه آکسفورد یک باتری لیتیوم-یونی مینیاتوری و نرم را برای کاربردهای زیست‌پزشکی مانند دفیبریلاسیون بافت قلب و ضربان قلب ساخته‌اند.

به نقل از آی‌ای، این باتری که از قطرات هیدروژل زیست‌سازگار ساخته شده است، با نور فعال می‌شود و قابل شارژ و زیست‌تخریب‌پذیر است.

تیم سازنده آن ادعا می‌کند که این باتری کوچک قابلیت‌های کلیدی را برای کاربردهای مختلف زیست‌پزشکی، مانند تامین انرژی آزادسازی دارو، دفیبریلاسیون قلب و تحویل انرژی برای ریزربات‌ها ارائه می‌کند.

دکتر یوجیا ژانگ(Yujia Zhang) از گروه شیمی دانشگاه آکسفورد و محقق ارشد این مطالعه می‌گوید: تا به امروز، این کوچک‌ترین باتری لیتیوم-یون هیدروژلی است و چگالی انرژی بالایی دارد.

باتری نرم مینیاتوری

توسعه دستگاه‌های هوشمند کوچک که اغلب کوچک‌تر از چند میلی‌متر مکعب هستند، به منابع انرژی مستقیم نیاز دارد.

برای دستگاه‌های زیست‌پزشکی که مستقیماً با بافت‌های بیولوژیکی تعامل دارند، این منابع انرژی باید از مواد نرم ساخته شوند تا از کاربردهای ایمن و کم‌تهاجمی اطمینان حاصل شود.

در حالت ایده‌آل، این باتری‌ها باید دارای ویژگی‌های خاصی از جمله ظرفیت بالا، زیست‌سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیری و فعال‌سازی قابل تحریک باشند. آنها همچنین باید قابلیت کنترل از راه دور را داشته باشند تا عملکرد و سازگاری آنها در محیط‌های پیچیده افزایش یابد.

ثابت شده است که ترکیب همه این ویژگی‌ها در یک باتری واحد دشوار است. شکاف بزرگی در توسعه راه‌حل‌های انرژی مؤثر، ایمن و قابل انطباق برای کاربردهای زیست‌پزشکی وجود دارد، زیرا هیچ منبع برقی که در حال حاضر استفاده می‌شود، نمی‌تواند همه این ویژگی‌ها را به یک‌باره در یک باتری ترکیب کند.

دانشمندان دپارتمان شیمی و فارماکولوژی دانشگاه آکسفورد به منظور حل این مشکل، با استفاده از قطرات هیدروژل زیست‌سازگار، باتری لیتیوم-یونی کوچک و انعطاف‌پذیر جدیدی ساخته‌اند.

این باتری با استفاده از فرآیندی به نام «مونتاژ با پشتیبانی از سورفکتانت» با کمک مولکول‌هایی که شبیه به صابون هستند، به سه قطره ریزمقیاس هر کدام با حجم ۱۰ نانولیتر می‌پیوندد. دو تا از این قطرات حاوی ذرات لیتیوم-یونی هستند که برای تولید انرژی با هم تعامل دارند.

به گفته این تیم، طراحی نوآورانه به چالش‌های کلیدی برای تامین انرژی دستگاه‌های پزشکی می‌پردازد و راه‌حلی زیست‌سازگار و کارآمد ارائه می‌دهد.

این باتری مبتنی بر هیدروژل منبع انرژی امیدوارکننده‌ای برای دستگاه‌های با مقیاس کوچک و کم‌تهاجمی است که به طور ایمن با بافت‌های بیولوژیکی تعامل دارند.

قدرت زیست‌سازگاری

این باتری که «باتری قطره‌ای» نام گرفته است، با نور فعال می‌شود و قابل شارژ و زیست‌تخریب‌پذیر است که آن را به کوچکترین باتری لیتیوم-یون هیدروژلی با چگالی انرژی برتر تبدیل می‌کند.

این باتری، حرکت مولکول‌های باردار بین سلول‌های مصنوعی را تامین می‌کند و ضربان و دفیبریلاسیون قلب موش را کنترل کرد. ضمن اینکه با ترکیب ذرات مغناطیسی می‌تواند به عنوان یک حامل انرژی متحرک نیز عمل کند.

به گفته این تیم، درمان‌های اثبات مفهوم قلب انجام شده در مدل‌های حیوانی، پتانسیل آن را به عنوان یک راه‌حل بی‌سیم و زیست‌تخریب‌پذیر امیدوارکننده برای مدیریت آریتمی‌های قلبی که یکی از دلایل اصلی مرگ ‌و میر در سراسر جهان هستند، نشان داد.

پروفسور هاگان بیلی(Hagan Bayley) از دپارتمان شیمی دانشگاه آکسفورد و رهبر این گروه تحقیقاتی می‌گوید: این باتری ریز لیتیوم-یونی، پیچیده‌ترین باتری در مجموعه‌ای از بسته‌های برق میکروسکوپی است که توسط دکتر ژانگ ساخته شده است و به آینده‌ای خارق‌العاده برای دستگاه‌های الکترونیکی زیست‌سازگار که می‌توانند تحت شرایط فیزیولوژیکی کار کنند، اشاره می‌کند.

پژوهشگران یک درخواست ثبت اختراع برای این نوآوری خود ارائه کرده‌اند. آنها بر این باورند که این باتری کوچک و قابل تطبیق، فرصت‌های جدیدی را در چندین زمینه از جمله مراقبت‌های بالینی ایجاد می‌کند. این باتری به ویژه برای زیست‌ربات‌های کاربردی در مقیاس کوچک کاربردی خواهد بود.