Buzz
Thiết bị có khả năng sản xuất điện, sử dụng nước không gây hại cho cơ thể con người.
Cơ thể chúng ta hấp thụ glucose từ thức ăn, sử dụng năng lượng để hoạt động mọi tế bào bên trong. Với glucose được coi là nguồn năng lượng, liệu có thể trở thành “nguồn sống” cho thiết bị y tế cấy trong cơ thể không?
Các kỹ sư từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Công nghệ Munich thừa nhận tiềm năng này và đã phát triển một cell năng lượng glucose có thể chuyển đổi đường trong cơ thể thành năng lượng trực tiếp. Thiết bị có kích thước nhỏ hơn so với các mẫu trước đó, chỉ dày 400 nanomet (tương đương 1/100 đường kính sợi tóc người).
Nguồn năng lượng từ đường tạo ra khoảng 43 microwatt cho mỗi centimet vuông diện tích thiết bị, thiết lập một kỷ lục về mật độ năng lượng cao nhất từ trước đến nay. Điều đáng chú ý là thiết bị hoạt động ở điều kiện bình thường.
Một điều đáng lưu ý, thiết bị có độ bền và chịu được nhiệt độ lên tới 600 độ C. Chúng có thể tồn tại qua quá trình cấy ghép, bao gồm cả quá trình khử khuẩn bằng nhiệt độ cao.
Chip silicon với 30 cell năng lượng glucose - là các khe nhỏ nằm bên trong con chip.
Bộ não của thiết bị hiện đại được làm từ vật liệu gốm, vật liệu này tiếp tục giữ vững vị trí của mình trong lĩnh vực công nghệ. Các nhà nghiên cứu tưởng tượng về một tương lai sáng sủa, nơi cell năng lượng có thể được làm mỏng như một lớp phim, hoặc bọc xung quanh các thiết bị cấy ghép. Nó sẽ hấp thụ lượng glucose dồi dào trong cơ thể để cung cấp điện cho thiết bị.
“Glucose có mặt ở khắp nơi trong cơ thể, ý tưởng là sử dụng nguồn năng lượng sẵn có để vận hành thiết bị điện tử”, Philipp Simons, nhà thiết kế thiết bị mới, chia sẻ. “Thử nghiệm của chúng tôi chứng minh rằng cell năng lượng glucose có thể áp dụng công nghệ điện hóa mới”.
Giáo sư Jennifer L.M. Rupp, người giám sát dự án, nói: “Thay vì sử dụng pin, chiếm tới 90% thể tích của các thiết bị cấy ghép, bạn có thể tạo ra một thiết bị mỏng như một tấm phim, không chiếm nhiều diện tích của thiết bị”.
Kích thước của một thiết bị điều hòa nhịp tim thông thường.
Nhóm nghiên cứu đa quốc gia không phải là những người đầu tiên nhìn nhận glucose là nguồn năng lượng cho thiết bị điện tử, khi các nhà khoa học trong thập kỷ 60 đã nghĩ đến tiềm năng của đường trong cơ thể. Tuy nhiên, công nghệ đột phá đã bị che đậy bởi pin lithium-iodide trong nhiều năm qua, không thể trở thành nguồn điện cho các thiết bị cấy vào cơ thể, ví dụ như máy điều hòa nhịp tim.
Tuy nhiên, công nghệ pin lithium-iodide, cũng như các công nghệ pin phổ biến ngày nay, có một điểm yếu lớn. Pin cần có thể tích lớn để chứa năng lượng.
“Các cell năng lượng của chúng tôi chuyển đổi năng lượng thay vì lưu trữ nó”, giáo sư Rupp nhấn mạnh về khả năng tiết kiệm diện tích cho thiết bị tương lai. Gần đây, công nghệ cell năng lượng sử dụng glucose đang được các cơ quan nghiên cứu đề cập nhiều hơn.
Cấu trúc của thiếtbị
Thiết kế cơ bản của cell năng lượng sử dụng glucose gồm có 3 lớp: hai điện cực ở hai đầu, ở giữa là một lớp chất điện ly. Điện cực anode ở trên tương tác với glucose trong cơ thể, biến đổi đường thành axit gluconic. Quá trình này giải phóng một cặp proton và một cặp electron. Chất điện ly ngăn cách proton và electron, cho electron di chuyển thông qua mạch điện, thể hiện khả năng cung cấp năng lượng.
Chất điện ly cũng chuyển proton di chuyển xuyên suốt cell năng lượng, giúp proton kết hợp với không khí và tạo ra nước vô hại.
Thiết bị nghiên cứu được sử dụng để kích hoạt các cell năng lượng.
Chất điện ly được làm từ ceria, một loại vật liệu gốm dẫn ion cao, có thể linh hoạt trong tạo hình, và vẫn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cell năng lượng hydro. Nghiên cứu cho biết ceria cũng tương thích với vật liệu sinh học.
“Ceria đã được nghiên cứu sâu trong lĩnh vực chống ung thư”, anh Simons nói. “Nó có nhiều điểm tương đồng với zirconia được sử dụng trong cấy răng, và cũng an toàn và tương thích cao với vật liệu sinh học”.
Trong thử nghiệm, nhiều cell năng lượng đạt hiệu điện thế lên đến 80 milivolt, mức năng lượng cao nhất từ trước đến nay. Theo anh Simons, nhóm nghiên cứu đã tạo ra đủ năng lượng để vận hành thiết bị cấy ghép.
“Họ đã mở ra một con đường mới trong việc tạo ra nguồn điện nhỏ gọn, phù hợp cho các thiết bị cấy ghép và nhiều ứng dụng khác”, Truls Norby, giáo sư hóa học tại Đại học Oslo, người không liên quan đến nghiên cứu mới, nhấn mạnh. “Chất liệu gốm được sử dụng không độc hại, chi phí sản xuất thấp, có khả năng thích ứng với điều kiện cơ thể và quá trình khử trùng. Ý tưởng và các mẫu thiết bị đều hứa hẹn”.
Theo thông tin từ MIT
