محققان «دانشگاه کمبریج» با موفقیت یک باتری سرنوشت‌ساز ساخته‌اند که می‌تواند در بدن ما برای تأمین انرژی ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های دیجیتال پوشیدنی استفاده شود. این آخرین گام در ساخت مواد هیدروژل انعطاف‌پذیر است که رسانای الکتریکی هستند و برای کاربردهای بیوالکترونیک استفاده می‌شود.

«استفان اونیل»، محقق دکترا در دانشگاه کمبریج و اولین نویسنده این مطالعه، گفت: «همانطور که می‌دانیم لوازم الکترونیک مانند تلفن‌ها و رایانه‌های ما بسیار سفت و سخت هستند، درحالی‌که بدن ما بیشتر آب است و بسیار نرم است.»

این استارتاپ می‌خواهد ربات‌های تزریقی کوچکی را برای مبارزه با سرطان به مغز انسان بفرستد. اونیل ادامه داد: «کاری که ما سعی کردیم انجام دهیم این است که لوازم الکترونیکی را نرم و کشسان کنیم تا بتوانند با داخل بدن یا روی پوستمان ارتباط برقرار کنند. در روشی که ما به‌کار بردیم مواد هیدروژلی که رسانای یونی باشند ساخته‌ شد.»

این باتری‌ها که از یک‌سری هیدروژل لایه‌ای برای ایجاد جریان الکتریکی ساخته‌ شده‌اند و شبیه نوارهای ژله-مانند هستند.

الهام از مارماهی‌های الکتریکی

به گفته‌ محققان، باتری جدید از مارماهی‌های الکتریکی الهام گرفته‌‌ شده‌‌ است که شکار خود را با الکتروسیت‌ها، سلول‌های ماهیچه‌ای خود، بیهوش می‌کنند.

به گفته‌ تیم پژوهشی کمبریج، درحالی‌که قبلاً از هیدروژل‌ها در بدن برای تأمین انرژی استفاده می‌شد، این اولین باری است که خاصیت کشش‌پذیری به آنها داده‌‌ می‌شود. از آنجایی‌که آنها فاقد اجزای سفت و سخت مانند فلز هستند، ایمپلنت هیدروژل کمتر احتمال دارد توسط بدن پس زده شود یا باعث ایجاد بافت زخم شود.

هیدروژل‌ها به دلیل کنترل دقیق خواص مکانیکی و تقلید از ویژگی‌های بافت انسانی، کاندیدای ایده‌آلی برای تکنولوژی رباتیک نرم و بیوالکترونیک هستند.

اونیل در بیانیه‌ای گفت: «طراحی ماده‌ای که هم کشسان باشد و هم رسانا بسیار دشوار است، زیرا این دو ویژگی معمولاً با یکدیگر در تضاد هستند. به‌طور معمول، رسانایی زمانی که یک ماده کشیده‌ می‌شود کاهش می‌یابد.»

پلیمرهای شبکه‌های سه بعدی موجود در هیدروژل‌ها با فعل و انفعالات برگشت‌پذیری مرتبط هستند که خواص مکانیکی باتری را کنترل می‌کند.

«جید مک‌کیون»، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «به‌طور معمول، هیدروژل‌ها از پلیمرهایی ساخته می‌شوند که بار خنثی دارند، اما اگر آنها را شارژ کنیم، می‌توانند رسانا شوند. با تغییر اجزای بلور هر ژل، می‌توانیم آنها را چسبناک کنیم و در چندین لایه به‌هم بچسبانیم. بدین ترتیب انرژی پتانسیل بیشتری ایجاد می‌شود.»

باتری‌های ژله‌ای نرم و کشسان حتی می‌توانند برای انتقال داروها یا درمان بیماری‌هایی مانند صرع در مغز کاشته‌ شوند.

دانشمندان امیدوارند این ژل، با تزریق سلول‌های بنیادی بتواند آسیب‌های حمله قلبی را ترمیم کند و از پیوند پیشگیری کند.

باتری کشسان و ترمیم‌شونده

باتری‌های ژله‌ای می‌توانند بدون از دست دادن‌ شکل و رسانایی اصلی خود، به لطف چسبندگی قوی و پیوندهای برگشت‌پذیری که بین لایه‌ها دارند، با استفاده از مولکول‌هایی به نام «کوکوربیت‌اوریل» فشرده‌ یا کشیده‌ شوند.

تیم پشتیبان این مطالعه می‌گوید که هیدروژل‌ها همچنین می‌توانند در صورت آسیب‌دیدگی خود به خود ترمیم شوند. خواص باتری‌های ژله‌ای می‌تواند در بافت انسان قالب‌گیری شود و آنها را برای استفاده آینده در ایمپلنت‌های زیست‌پزشکی امیدوار کند.

«اورن شرمن»، مدیر آزمایشگاه ملویل کمبریج، می‌گوید: «ما می‌توانیم خواص مکانیکی هیدروژل‌ها را طوری تنظیم کنیم که با بافت انسانی مطابقت داشته باشند. از آنجایی که ایمپلنت هیدروژل حاوی اجزای سفت و سختی مانند فلز نیست، احتمال رد شدن ایمپلنت هیدروژل توسط بدن یا ایجاد بافت زخم بسیار کمتر است.»

دانشگاه کمبریج می‌گوید هیدروژل‌ها قبل از اینکه برای کاربردهای پزشکی در نظر گرفته‌ شوند، در داخل موجودات زنده آزمایش خواهند شد.

منبع: دیجیاتو