Үндсэн санаанууд
- MIT-ийн судлаачид таны биеийн глюкозыг ашиглан ажилладаг шинэ эрчим хүчний эсийг зохион бүтээжээ.
- Эс нь эмнэлгийн төхөөрөмжийг тэжээж, биед нь электрон хэрэгсэл суулгаж байгаа хүмүүст туслах боломжтой.
- Суулгах төхөөрөмжүүд нь өвчтөнд үзүүлэх нөлөөллийг багасгахын тулд аль болох жижиг хэмжээтэй байх шаардлагатай.
Таны бие ирээдүйн гаджетуудад эрчим хүчний эх үүсвэр болж чадна.
MIT эрдэмтэд бяцхан суулгац болон мэдрэгчийг цэнэглэх боломжтой глюкозоор ажилладаг түлшний эсийг зохион бүтээжээ. Уг төхөөрөмж нь хүний үсний 1/100 диаметртэй бөгөөд нэг квадрат см тутамд 43 микроватт цахилгаан үйлдвэрлэдэг. Түлшний эсүүд нь анагаах ухаанд болон биедээ электрон хэрэгсэл суулгаж буй цөөн боловч өсөн нэмэгдэж буй хүмүүсийн тоонд ашигтай байж болох юм.
"Глюкозын түлшний эсүүд нь биед бэлэн түлшээр суулгаж болох төхөөрөмжүүдийг ажиллуулахад хэрэгтэй болно" гэж Филипп Симонс Ph. D-ынхоо нэг хэсэг болгон уг загварыг боловсруулсан. дипломын ажил гэж Lifewire-д цахим шуудангаар ярилцлага өгөхдөө хэлжээ. "Жишээ нь, бид глюкозын түлшний эсийг ашиглан биеийн үйл ажиллагааг хэмждэг маш жижигрүүлсэн мэдрэгчийг ажиллуулна гэж төсөөлж байна. Чихрийн шижинтэй өвчтөнүүдийн глюкозын хяналт, зүрхний өвчнийг хянах эсвэл хавдрын хувьслыг тодорхойлох биомаркеруудыг хянах талаар бодоорой."
Бяцхан боловч Хүчирхэг
Шинэ түлшний эсийг зохион бүтээхэд тулгарсан хамгийн том сорилт бол хангалттай жижиг загвар гаргах явдал байсан гэж Симонс хэлэв. Өвчтөнд үзүүлэх нөлөөллийг багасгахын тулд суулгацыг суулгах боломжтой төхөөрөмжүүд нь аль болох бага байх ёстой гэж тэр нэмж хэлэв.
"Одоогийн байдлаар батерейнууд хэр жижиг болох нь маш хязгаарлагдмал байдаг: хэрэв та батерейг жижигрүүлбэл түүний өгч чадах эрчим хүчийг бууруулдаг" гэж Симонс хэлэв. "Хүний үснээс 100 дахин нимгэн төхөөрөмжөөр бяцхан мэдрэгчийг ажиллуулахад хангалттай эрчим хүч гаргаж чадна гэдгийг бид харуулсан."
Манай түлшний эс хэчнээн жижиг болохыг тооцвол хэдхэн микрометрийн хэмжээтэй суулгац хийх боломжтой төхөөрөмжүүдийг төсөөлж болно.
Симонс болон түүний хамтран ажиллагчид шинэ төхөөрөмжийг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх чадвартай, цельсийн 600 хэм хүртэл тэсвэрлэх чадвартай болгох ёстой байв. Хэрэв эмнэлгийн суулгацад хэрэглэвэл түлшний эсийг өндөр температурт ариутгах процессыг давах шаардлагатай болно.
Өндөр халуунд тэсвэртэй материал олохын тулд судлаачид өндөр температурт ч цахилгаан химийн шинж чанараа хадгалдаг керамик эдлэлийг ашигласан. Судлаачид шинэ загварыг хэт нимгэн хальс эсвэл бүрээс хийж, суулгацыг ороож, электроникийг идэвхгүй болгож, биед агуулагдах глюкозын нөөцийг ашиглана гэж төсөөлж байна.
Шинэ түлшний эсийг бүтээх санаа нь 2016 онд Симонсын диссертацийн удирдагч, MIT-ийн профессор, керамик болон цахилгаан химийн төхөөрөмжөөр мэргэшсэн Женнифер Л. М. Руп жирэмсэн байхдаа глюкозын шинжилгээ хийлгэхээр очсон үед гарч ирсэн.
"Эмчийн өрөөнд би маш уйтгартай цахилгаан химич байсан бөгөөд та элсэн чихэр, цахилгаан химийн аргаар юу хийж чадах вэ гэж бодож байсан" гэж Рупп хэвлэлд өгсөн ярилцлагадаа хэлэв. "Дараа нь би глюкозоор ажилладаг хатуу төлөвт төхөөрөмжтэй байх нь сайн гэдгийг ойлгосон. Филипп бид хоёр кофе ууж уулзаж, анхны зургуудаа салфетка дээр бичжээ."
Глюкозын түлшний эсүүд анх 1960-аад онд гарч ирсэн боловч анхны загварууд нь зөөлөн полимер дээр суурилсан байв. Эдгээр анхны түлшний эх үүсвэрүүдийг лити-иодид батерейгаар сольсон.
"Өнөөдрийн байдлаар батерейг зүрхний аппарат гэх мэт суулгацын төхөөрөмжийг тэжээхэд ашигладаг" гэж Симонс хэлэв. "Гэсэн хэдий ч эдгээр батерейнууд эцэстээ эрчим хүчгүй болох тул зүрхний аппаратыг тогтмол солих шаардлагатай болдог. Энэ нь үнэндээ хүндрэлийн асар том эх үүсвэр юм."
Ирээдүй жижиг бөгөөд суулгацтай байж магадгүй
Биеийн дотор хязгааргүй үргэлжлэх түлшний эсийн уусмалыг хайж олохын тулд баг глюкозтой шууд урвалд ордог тогтвортой материал болох цагаан алтаар хийсэн анод, катод бүхий электролитийг хавчуулав.
Шинэ глюкозын түлшний эс дэх материалын төрөл нь биед хаана суулгаж болох талаар уян хатан байдлыг хангадаг. "Жишээ нь, энэ нь хоол боловсруулах тогтолцооны идэмхий орчинг тэсвэрлэх чадвартай тул цочромтгой гэдэсний хамшинж зэрэг архаг өвчнийг хянах шинэ мэдрэгчийг идэвхжүүлж чадна" гэж Симонс хэлэв.
Судлаачид эсүүдийг цахиур хавтан дээр байрлуулсан нь төхөөрөмжийг нийтлэг хагас дамжуулагч материалтай хослуулах боломжтойг харуулсан. Дараа нь тэд захиалгаар хийсэн туршилтын станцад вафель бүр дээр глюкозын уусмал урсгахдаа эс тус бүрээс үүссэн гүйдлийг хэмжсэн.
Advanced Materials сэтгүүлд саяхан нийтлэгдсэн үр дүнгээс үзэхэд олон эсүүд 80 милливольтын оргил хүчдэлийг үүсгэсэн байна. Судлаачдын үзэж байгаагаар энэ нь глюкозын түлшний эсийн загваруудын хамгийн өндөр эрчим хүчний нягт юм.
Глюкозын түлшний эсүүд нь биед бэлэн түлшээр суулгаж болох төхөөрөмжүүдийг ажиллуулахад хэрэгтэй болно.
MIT-ийн баг "суулгасан мэдрэгч болон магадгүй бусад функцүүдэд зориулсан бяцхан эрчим хүчний эх үүсвэрт хүрэх шинэ замыг нээсэн" гэж Норвегийн Осло их сургуулийн химийн профессор Трулс Норби, энэ ажилд хувь нэмрээ оруулаагүй, гэж мэдээнд дурджээ. "Ашигласан керамик нь хоргүй, хямд бөгөөд бие махбод дахь нөхцөл байдал болон суулгацын өмнөх ариутгалын нөхцөлд хамгийн бага идэвхгүй биш юм. Өнөөг хүртэл хийсэн үзэл баримтлал, үзүүлэн нь үнэхээр ирээдүйтэй юм."
Симонс хэлэхдээ, шинэ түлшний эсүүд нь ирээдүйд цоо шинэ ангиллын төхөөрөмжийг идэвхжүүлж чадна. "Манай түлшний эс хэр жижиг болохыг харгалзан үзэхэд хэдхэн микрометрийн хэмжээтэй суулгацтай төхөөрөмжийг төсөөлж болно" гэж тэр нэмж хэлэв. "Хэрвээ бид бие даасан эсүүдийг суулгац суулгах төхөөрөмжөөр шийдэж чадвал яах вэ?"
