علماء يبتكرون بطاريات أجهزة طبية تشحن من تنفس المريض الذي يستخدمها
⬤ ابتكر باحثون بطارية للأجهزة الطبية تعمل بأكسجين الجسم باستخدام أقطاب كهربائية من سبائك الصوديوم والذهب النانوي.
⬤ توضح الدراسة التي نُشرت في مجلة Chem استقرار البطارية وتوافقها البيولوجي في التجارب الأولية على الحيوانات.
⬤ من الممكن أن تشكل البطارية تقدماً كبيراً في الأجهزة الطبية المزروعة في الجسم وأن تطيل عمرها التشغيلي بشدة.
تلعب الأجهزة الطبية القابلة للزرع دوراً حاسماً في الرعاية الصحية، لكن اعتمادها على البطاريات التقليدية يشكل تحديات بسبب الحاجة إلى عمليات استبدال متكررة من خلال العمليات الجراحية. ولمعالجة هذه المشكلة، قدم فريق من الباحثين في الصين حلاً رائداً: بطارية قابلة للزرع تغذيها الأكسجين الموجود بشكل طبيعي في الجسم، وبالتالي يكفي تنفس المريض فقط لإعادة شحن البطارية.
توضح الدراسة، التي نُشرت في مجلة Chem، جدوى هذا التصميم المبتكر للبطارية في الفئران، مما يعرض توصيلاً مستقراً للطاقة والتوافق مع الأنظمة البيولوجية. كما يؤكد المؤلف الرئيسي Xizheng Liu، الخبير في مواد وأجهزة الطاقة في جامعة تيانجين للتكنولوجيا، على أهمية الاستفادة من الأكسجين كمصدر طاقة مستمر داخل الجسم. ويقول: «الأكسجين هو مصدر حياتنا. إذا تمكنا من استغلال وفرته في الجسم، فلن يكون عمر البطارية مقيداً بالمواد المحدودة للبطاريات التقليدية».
يكمن مفتاح إنشاء بطارية قابلة للزرع آمنة وفعالة في تكوين القطب الكهربائي الخاص بها. حيث استخدم الباحثون سبيكة أساسها الصوديوم مقترنة بالذهب النانوي، وهي مادة متوافقة حيوياً تتميز بمسامها المجهرية. تعمل هذه الأقطاب الكهربائية على تسهيل التفاعلات الكيميائية مع الأكسجين الموجود في الجسم، وتوليد الكهرباء لتشغيل الجهاز.
لضمان سلامة البطارية، تم تغليفها داخل طبقة بوليمر مسامية ناعمة ومرنة. حيث تحمي هذه الطبقة الواقية البطارية من التلف المحتمل مع الحفاظ على توافقها مع الأنسجة المحيطة. وفي الأبحاث التجريبية على الفئران، أظهرت البطارية المزروعة مخرجات جهد ثابتة تتراوح من 1.3 فولت إلى 1.4 فولت، مع كثافة طاقة قصوى تبلغ 2.6 ميكروواط/سم2. وعلى الرغم من أن الناتج الحالي غير كافٍ لتشغيل الأجهزة الطبية، إلا أن الدراسة تضع الأساس للتقدم المستقبلي في استخدام الأكسجين الجسدي كمصدر للطاقة.
علاوة على ذلك، أجرى الباحثون تقييمات شاملة للاستجابات الالتهابية، والتأثيرات الأيضية، وشفاء الأنسجة حول البطارية المزروعة. ومن المشجع أن الفئران لم تظهر عليها أي علامات التهاب، وتم استقلاب المنتجات الثانوية الأيضية من تفاعلات البطارية بسهولة دون آثار ضارة على وظيفة الأعضاء. ومن الجدير بالذكر أن الفئران أظهرت نمواً كاملاً للشعر في موقع الزرع خلال أربعة أسابيع، مما يشير إلى نجاح تجديد الأنسجة وتوافق الغرسة مع الأنظمة البيولوجية.
يمثل هذا البحث الرائد خطوة مهمة نحو تطوير أجهزة طبية قابلة للزرع مستدامة وطويلة الأمد تقلل من الحاجة إلى استبدال البطاريات بشكل متكرر والإجراءات الغازية. ومع مزيد من التحسين، تبشر البطاريات التي تعمل بالأكسجين بإحداث ثورة في مجال الهندسة الطبية الحيوية وتحسين نتائج المرضى.
