دستگاه‌های پزشکی کاشتنی از ضربان‌ساز‌ها تا محرک‌های عصبی برای عملکرد خود به باتری‌ها وابسته‌اند، اما باتری‌های معمولی در نهایت تخلیه شده و برای تعویض نیاز به جراحی‌های تهاجمی دارند. محققان چینی برای حل این چالش یک باتری کاشتنی ابداع کرده‌اند که با اکسیژن موجود در بدن کار می‌کند.
مطالعه و انتشار نتایج
بر اساس مطالعه‌ای که در ۲۷ مارس (هشتم فروردین) در ژورنال کم منتشر شده، این باتری جدید علاوه بر ارائه انرژی پایدار در موش‌ها، با سیستم بیولوژیکی سازگار است. شیزنگ لیو، نویسنده مقاله و متخصص مواد و دستگاه‌های انرژی در دانشگاه صنعتی تیانجین می‌گوید اکسیژن منبع حیات است و اگر بتوانیم از تأمین مداوم آن در بدن بهره ببریم، مواد محدود در باتری‌های معمولی دیگر عامل محدودیت عمر نخواهند بود.
طراحی و مواد باتری
برای ساخت باتری ایمن و کارآمد، الک‌ترود‌ها از آلیاژی مبتنی بر سدیم و طلای نانومنفذ ساخته شده‌اند. نانومنفذ ماده‌ای است که منافذ آن هزاران‌بار نازک‌تر از ضخامت یک تار مو می‌باشد. طلا با سیستم‌های زنده سازگار است و سدیم عنصر ضروری است که در سراسر بدن انسان یافت می‌شود. الک‌ترود‌ها از طریق واکنش شیمیایی با اکسیژن بدن، برق تولید می‌کنند. برای محافظت، باتری با لایه پلیمری متخلخل، نرم و انعطاف‌پذیر محصور شده است.
آزمایش‌های حیوانی و عملکرد الک‌تریکی
پژوهشگران باتری را زیر پوست قسمت پشت موش‌ها کاشتند و ولتاژ خروجی را اندازه‌گیری کردند. پس از دو هفته مشاهده شد که باتری‌ها ولتاژ پایدار بین ۱٫۳ تا ۱٫۴ ولت با حداکثر چگالی توان ۲٫۶ می‌کرووات بر سانتی‌متر مربع تولید می‌کنند. اگرچه این انرژی برای تغذیه دستگاه‌های پزشکی هنوز کافی نیست، اما اثبات می‌کند که استخراج انرژی از اکسیژن بدن امکان‌پذیر است.
زیست‌سازگاری و بهبود بافت
تیم تحقیقاتی واکنش‌های الت‌هابی، تغییرات متابولیک و باز‌سازی بافت اطراف باتری را بررسی کرد. موش‌ها هیچ الت‌هاب آشکاری نشان ندادند. محصولات جانبی واکنش‌های شیمیایی شامل یون‌های سدیم، یون‌های هیدروکسید و مقادیر پایین هیدروژن پراکسید به‌راحتی توسط بدن متابولیزه شدند و اثری بر کبد و کلیه‌ها نگذاشتند. موش‌ها به‌خوبی بهبود یافتند و موه‌ای پشت آن‌ها پس از ۴ هفته مجددا رشد کرد. به شگفتی محققان، رگ‌های خونی اطراف باتری نیز باز‌سازی شدند.
لیو توضیح می‌دهد خروجی ناپای‌دار برق بلافاصله پس از کاشت ما را گیج کرده بود. متوجه شدیم که قبل از تولید برق ثابت، باید به زخم زمان دهیم تا بهبود یابد و رگ‌های خونی باز‌سازی شده و اکسیژن تأمین کنند. این یافتن شگفت‌انگیز است چون نشان می‌دهد باتری می‌تواند بر فرآیند بهبود زخم نظارت کند.
آینده و کاربرد‌های بالقوه
تیم تحقیقاتی قصد دارد با کاوش مواد کارآمد‌تر برای الک‌ترود‌ها و بهینه‌سازی ساختار، انرژی تولیدی را افزایش دهد. لیو تأکید می‌کند که صنعتی‌سازی این باتری ساده و کم‌هزینه است و انتخاب مواد مقرون‌به‌صرفه می‌تواند قیمت را به شدت کاهش دهد. کاربرد‌های این باتری فرا‌تر از تغذیه دستگاه‌های پزشکی نیز گسترده است.
لیو می‌افزاید با توجه به حساسیت سلول‌های تومور به سطح اکسیژن، کاشت این باتری مصرف‌کننده اکسیژن در اطراف تومور‌ها می‌تواند با گرسنه کردن آن‌ها از رشد سرطان جلوگیری کند؛ همچنین امکان تبدیل انرژی باتری به گرما برای کشتن سلول‌های سرطانی وجود دارد. چشم‌انداز‌ها از برداشت انرژی تا درمان‌های زیستی، بسیار هیجان‌انگیز هستند.