پژوهشگران آکسفورد کوچک‌ترین باتری لیتیوم-یون هیدروژلی جهان را برای ایمپلنت‌های پزشکی ساختند
این باتری که از قطرات هیدروژل زیست‌سازگار ساخته شده است، با نور فعال می‌شود و قابلیت شارژ و زیست‌تخریب‌پذیری دارد.
تیم سازنده ادعا می‌کند که این باتری کوچک قابلیت‌های کلیدی را برای کاربرد‌های گوناگون زیست‌پزشکی، از جمله آزاد‌سازی دارو، دفیبریلاسیون قلب و تامین انرژی برای ریزربات‌ها فراهم می‌کند.
دکتر یوجیا ژانگ 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
گسترش دستگاه‌های هوشمند کوچک که ابعاد آن‌ها کمتر از چند می‌لی‌متر مکعب است، به منابع انرژی مستقیم نیاز دارد.
برای دستگاه‌های زیست‌پزشکی که مستقیما 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 ویژگی‌هایی مانند ظرفیت بالا، زیست‌سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیری و فعال‌سازی قابل تحریک داشته باشند و قابلیت کنترل از راه دور داشته باشند تا کارکرد و سازگاری آن‌ها در محیط‌های پیچیده افزایش یابد.
ترکیب همه این ویژگی‌ها در یک باتری واحد دشوار است و شکاف بزرگی در گسترش راه‌حل‌های انرژی مؤثر، ایمن و قابل انطباق برای کاربرد‌های زیست‌پزشکی وجود دارد، زیرا هیچ منبع برقی موجود نمی‌تواند همه این ویژگی‌ها را به‌صورت همزمان در یک باتری ترکیب کند.
دانشمندان دپارتمان شیمی و فارماکولوژی دانشگاه آکسفورد برای حل این مشکل، با بهره‌گیری از قطرات هیدروژل زیست‌سازگار، باتری لیتیوم-یونی کوچک و انعطاف‌پذیر جدیدی ساخته‌اند.
این باتری با استفاده از فرآیندی به نام مونتاژ با حمایت سورفکتانت با پشتیبانی مولکول‌هایی شبیه به صابون، از سه قطره ریزمقیاس هر کدام با حجم ۱۰ نانولی‌تر تشکیل شده است. دو قطره از این قطرات حاوی ذرات لیتیوم-یون هستند که برای تولید انرژی با هم تعامل دارند.
به گفته این تیم، طراحی نوآورانه به چالش‌های کلیدی برای تامین انرژی دستگاه‌های پزشکی پاسخ می‌دهد و راه‌حلی زیست‌سازگار و کارآمد ارائه می‌کند.
این باتری مبتنی بر هیدروژل منبع انرژی امیدوارکننده‌ای برای دستگاه‌های با مقیاس کوچک و کم‌تهاجمی است که به‌صورت ایمن با بافت‌های بیولوژیکی تعامل دارند.
قوت زیست‌سازگاری
این باتری که باتری قطره‌ای نام‌گذاری شده است، با نور فعال می‌شود، 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 تأمین می‌کند و ضربان و دفیبریلاسیون قلب موش را کنترل کرده است. ضمن اینکه با ترکیب ذرات مغناطیسی می‌تواند به‌عنوان یک حامل انرژی متحرک نیز عمل کند.
به گفته این تیم، درمان‌های اثبات مفهوم قلب انجام‌شده در مدل‌های حیوانی، پتانسیل آن را به‌عنوان یک راه‌حل بی‌سیم و زیست‌تخریب‌پذیر امیدوارکننده برای مدیریت آریتمی‌های قلبی که یکی از دلایل مهم مرگ‌ومیر در سراسر جهان هستند، نشان داده است.
پروفسور هاگان بیلی 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 شگفت‌انگیز برای دستگاه‌های الک‌ترونیکی زیست‌سازگار که می‌توانند تحت شرایط فیزیولوژیکی کار کنند، اشاره می‌کند.
پژوهشگران یک درخواست ثبت اختراع برای این نوآوری ارائه کرده‌اند. آن‌ها معتقدند که این باتری کوچک و قابل تطبیق، دوران جدیدی را در چندین حوزه از جمله مراقبت‌های بالینی رقم می‌زند. این باتری به‌ویژه برای زیست‌ربات‌های کاربردی در مقیاس کوچک مناسب خواهد بود.