מזונות חשובים
- חוקרים של MIT פיתחו תא כוח חדש שפועל באמצעות הגלוקוז של הגוף שלך.
- התאים יכולים להפעיל מכשירים רפואיים ולסייע לאנשים המשתילים גאדג'טים אלקטרוניים בגופם מטעמי נוחות.
- התקנים מושתלים צריכים להיות קטנים ככל האפשר כדי למזער את השפעתם על החולים.
הגוף שלך יכול להיות מקור כוח לגאדג'טים עתידיים.
מדענים של MIT פיתחו תא דלק המופעל על ידי גלוקוז שיכול לתדלק שתלים וחיישנים מיניאטוריים.המכשיר מודד כ-1/100 קוטר של שערה אנושית ומייצר כ-43 מיקרו וואט לסנטימטר רבוע של חשמל. תאי הדלק יכולים להיות שימושיים ברפואה והמספר הקטן אך ההולך וגדל של אנשים שמשתלים בגופם גאדג'טים אלקטרוניים מטעמי נוחות.
"תאי דלק גלוקוז יכולים להיות שימושיים להפעלת מכשירים הניתנים להשתלה באמצעות דלק זמין בגוף", פיליפ סימונס, שפיתח את העיצוב כחלק מהדוקטורט שלו. תזה, אמר ל-Lifewire בראיון באימייל. "לדוגמה, אנו מדמיינים שימוש בתא הדלק של הגלוקוז שלנו כדי להפעיל חיישנים ממוזערים ביותר המודדים את תפקודי הגוף. חשבו על ניטור גלוקוז עבור חולי סוכרת, ניטור מצבי לב או מעקב אחר סמנים ביולוגיים המזהים את התפתחות הגידול."
קטנטן אבל אדיר
האתגר הגדול ביותר בתכנון תא הדלק החדש היה להמציא עיצוב קטן מספיק, אמר סימונס. הוא הוסיף שמכשירים הניתנים להשתלה צריכים להיות קטנים ככל האפשר כדי למזער את השפעתם על החולים.
"נכון לעכשיו, הסוללות מוגבלות מאוד במידת הקטנות שלהן: אם מקטין את הסוללה, זה מפחית את כמות האנרגיה שהיא יכולה לספק", אמר סימונס. "הראינו שעם מכשיר שהוא דק פי 100 משערת אדם, אנחנו יכולים לספק אנרגיה שתספיק להפעיל חיישנים מיניאטוריים."
בהתחשב בכמה קטן תא הדלק שלנו, אפשר לדמיין מכשירים ניתנים להשתלה שגודלם רק כמה מיקרומטרים.
סיימון ומשתפי הפעולה שלו נאלצו להפוך את המכשיר החדש למסוגל לייצר חשמל וקשיח מספיק כדי לעמוד בטמפרטורות של עד 600 מעלות צלזיוס. אם נעשה בו שימוש בשתל רפואי, תא הדלק יצטרך לעבור תהליך עיקור בטמפרטורה גבוהה.
כדי למצוא חומר שיכול לעמוד בחום הגבוה, החוקרים פנו לקרמיקה, השומרת על התכונות האלקטרוכימיות שלה גם בטמפרטורות גבוהות. החוקרים מדמיינים שניתן להפוך את העיצוב החדש לסרטים או ציפויים דקים במיוחד ולכרוך סביב שתלים כדי להפעיל באופן פסיבי את האלקטרוניקה, תוך שימוש באספקת הגלוקוז השופעת של הגוף.
הרעיון לתא הדלק החדש הגיע ב-2016 כאשר ג'ניפר L. M. Rupp, מנחה התזה של סימונס ופרופסור ב-MIT, המתמחה בקרמיקה ומכשירים אלקטרוכימיים, הלכה לבדיקת גלוקוז במהלך הריונה.
"במשרדו של הרופא הייתי אלקטרוכימאי משועמם מאוד, וחשבתי מה אפשר לעשות עם סוכר ואלקטרוכימיה", אמר רופ בהודעה לעיתונות. "ואז הבנתי שיהיה טוב שיהיה לי מכשיר מוצק המופעל על ידי גלוקוז. ואני ופיליפ נפגשנו בקפה וכתבנו על מפית את הציורים הראשונים."
תאי דלק גלוקוז הוצגו לראשונה בשנות ה-60, אך הדגמים המוקדמים התבססו על פולימרים רכים. מקורות הדלק המוקדמים הללו הוחלפו בסוללות ליתיום-יודיד.
"עד היום, סוללות משמשות בדרך כלל להפעלת מכשירים הניתנים להשתלה כמו קוצבי לב", אמר סימונס. "עם זאת, הסוללות האלו בסופו של דבר תיגמר האנרגיה, מה שאומר שצריך להחליף קוצב לב באופן קבוע.זהו למעשה מקור עצום לסיבוכים."
העתיד עשוי להיות קטן וניתן להשתלה
בחיפוש אחר פתרון לתאי דלק שיכול להימשך ללא הגבלת זמן בתוך הגוף, הצוות הרכיב אלקטרוליט עם אנודה וקתודה עשויים פלטינה, חומר יציב המגיב בקלות עם גלוקוז.
סוג החומרים בתא הדלק החדש של הגלוקוז מאפשר גמישות מבחינת היכן ניתן להשתיל אותו בגוף. "לדוגמה, זה יכול לעמוד בסביבה הקורוזית של מערכת העיכול, מה שיכול לאפשר חיישנים חדשים לנטר מחלות כרוניות כמו תסמונת המעי הרגיז", אמר סימונס.
החוקרים שמו את התאים על פרוסות סיליקון, והראו שניתן לשייך את המכשירים לחומר מוליכים למחצה נפוץ. לאחר מכן הם מדדו את הזרם שנוצר על ידי כל תא כשהם מזרימים תמיסה של גלוקוז על כל רקיק בתחנת בדיקה מותאמת אישית.
תאים רבים ייצרו מתח שיא של כ-80 מילי-וולט, לפי תוצאות שפורסמו במאמר לאחרונה בכתב העת Advanced Materials. החוקרים טוענים שזוהי צפיפות ההספק הגבוהה ביותר מכל תכנון תאי דלק של גלוקוז.
תאי דלק גלוקוז יכולים להיות שימושיים להפעלת מכשירים הניתנים להשתלה באמצעות דלק זמין בגוף.
צוות MIT "פתח נתיב חדש למקורות כוח מיניאטוריים עבור חיישנים מושתלים ואולי פונקציות אחרות", טרלס נורבי, פרופסור לכימיה באוניברסיטת אוסלו בנורווגיה, שלא תרם לעבודה, אמר בהודעה לעיתונות. "הקרמיקה שבה נעשה שימוש אינה רעילה, זולה, ולא פחות אינרטית, הן לתנאי הגוף והן לתנאי העיקור לפני ההשתלה. הרעיון וההדגמה עד כה מבטיחים בהחלט."
סיימון אמר שתאי הדלק החדשים יכולים לאפשר סוגים חדשים לגמרי של מכשירים בעתיד. "בהתחשב בכמה קטן תא הדלק שלנו, אפשר לדמיין מכשירים ניתנים להשתלה שגודלם רק כמה מיקרומטרים", הוסיף. "מה אם נוכל כעת לטפל בתאים בודדים עם מכשירים הניתנים להשתלה?"
