Η μικρότερη μπαταρία στον κόσμο λειτουργεί μέσα στο αίμα (τροφοδοτώντας νανορομπότ)
Επιστήμονες ανέπτυξαν την μικρότερη συσκευή αποθήκευσης ενέργειας που λειτουργεί στο αίμα και υποστηρίζει αισθητήρες.
Η ιδέα μικροσκοπικών μηχανών που θα κινούνται μέσα στο ανθρώπινο σώμα, φτάνοντας σε σημεία απρόσιτα για τα συμβατικά ιατρικά εργαλεία, είναι παλιά αλλά ουδέποτε δεν αναπτύχθηκαν πρακτικές εφαρμογές. Το μεγαλύτερο εμπόδιο ήταν πάντα η ενέργεια: ακόμα και μια συσκευή μικρότερη από κόκκο σκόνης δεν μπορεί χωρίς μπαταρίες ή καλώδια. Ωστόσο σε μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Communications περιγράφεται μια πρωτοποριακή μπαταρία που έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί στο ανθρώπινο σώμα. Ο «νανο-βιοϋπερπυκνωτής», όπως είναι η επιστημονική ορολογία, μπορεί να τροφοδοτήσει μικροσκοπικούς ιατρικούς αισθητήρες και, στο μέλλον, νανορομπότ.
Συσκευή τρεις χιλιάδες φορές μικρότερη από τα προηγούμενα μοντέλα
Μέχρι πρόσφατα, οι πιο μικροί υπερπυκνωτές που είχαν κατασκευαστεί ξεπερνούσαν τα μερικά κυβικά χιλιοστά, γεγονός που τους καθιστούσε ακατάλληλους για χρήση σε αιμοφόρα αγγεία. Η νέα συσκευή αντίθετα, έχει όγκο μόλις ένα νανολίτρο, δηλαδή περίπου τρεις χιλιάδες φορές μικρότερο από τα προηγούμενα μοντέλα. Παρά το απειροελάχιστο μέγεθός του, καταφέρνει να παράγει έως και 1,6 βολτ μέσα στο αίμα, ισχύ που μπορεί να επαρκεί για τη λειτουργία μικρών αισθητήρων, ακόμα κι αν το ρεύμα που παράγει είναι σαφώς χαμηλότερο από μιας συμβατικής μπαταρίας.
Όπως διαβάζουμε στο The Brighter Side News, το μυστικό της αυτής της συσκευής βρίσκεται στη μορφή της. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική παρόμοια με το οριγκάμι, ώστε να τυλίξουν τα υλικά σε μικροσκοπικούς κυλίνδρους. Οι κυλινδρικές αυτές δομές όχι μόνο αντέχουν στην πίεση του αίματος και των μυών, αλλά επιτρέπεται και η ροή πλάσματος στο εσωτερικό τους. Έτσι, ο υπερπυκνωτής μπορεί να συνδυαστεί με αισθητήρες που μετρούν τις χημικές ιδιότητες του αίματος, προσφέροντας νέες δυνατότητες στη βιοϊατρική τεχνολογία.
Πώς η βιολογία ενισχύει την απόδοση του υπερπυκνωτή
Ένα ακόμη στοιχείο που καθιστά μοναδικούς αυτούς του πυκνωτές είναι ο τρόπος που συνεργάζονται με το ίδιο το ανθρώπινο σώμα. Ενώ οι περισσότερες τέτοιες συσκευές χάνουν μέρος του φορτίου τους με την πάροδο του χρόνου, ο νέος νανοϋπερπυκνωτής εκμεταλλεύεται τα ένζυμα και τα κύτταρα του αίματος για να ενισχύσει την απόδοσή του. Η ιδιότητα αυτή αυξάνει την αποτελεσματικότητά του κατά περίπου 40%, κάνοντάς τον να διατηρεί την τάση του για πολλές ώρες, κάτι έως τώρα αδύνατο.
Για να δοκιμάσουν την αποτελεσματικότητα της εφεύρεσης σε πραγματικές συνθήκες, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μικροδιαύλους με διαστάσεις ανάλογες των αιμοφόρων αγγείων και ροή υγρών σε φυσιολογικούς ρυθμούς. Ο υπερπυκνωτής αποδείχθηκε ιδιαίτερα σταθερός, αντέχοντας πάνω από πέντε χιλιάδες κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης. Επιπλέον, κράτησε περίπου το 70% της ενέργειάς του μετά από 16 ώρες σε πλάσμα αίματος, στοιχείο που αποδεικνύει ότι μπορεί να λειτουργήσει αξιόπιστα σε ένα ζωντανό περιβάλλον.
Η χρησιμότητά του φάνηκε στην πράξη όταν συνδέθηκε με έναν μικροσκοπικό αισθητήρα pH, δηλαδή μια διάταξη που μετρά την οξύτητα του αίματος. Η μέτρηση αυτής της παραμέτρου έχει μεγάλη κλινική αξία, καθώς μπορεί να συνδεθεί με την ανάπτυξη όγκων και άλλων παθολογικών καταστάσεων. Το σύστημα λειτούργησε άψογα χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας, δείχνοντας ότι τέτοιες τεχνολογίες μπορούν να προσφέρουν νέους τρόπους έγκαιρης διάγνωσης.
