मुख्य तथ्य
- MIT के शोधकर्ताओं ने एक नया पावर सेल विकसित किया है जो आपके शरीर के ग्लूकोज का उपयोग करके काम करता है।
- कोशिकाएं चिकित्सा उपकरणों को शक्ति प्रदान कर सकती हैं और सुविधा के लिए अपने शरीर में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को प्रत्यारोपित करने वाले लोगों की सहायता कर सकती हैं।
- रोगी पर उनके प्रभाव को कम करने के लिए प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों को जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए।
भविष्य के गैजेट्स के लिए आपका अपना शरीर एक शक्ति स्रोत हो सकता है।
MIT के वैज्ञानिकों ने ग्लूकोज से चलने वाला एक ईंधन सेल विकसित किया है जो लघु प्रत्यारोपण और सेंसर को ईंधन दे सकता है।यह उपकरण मानव बाल के व्यास का लगभग 1/100 मापता है और प्रति वर्ग सेंटीमीटर बिजली लगभग 43 माइक्रोवाट उत्पन्न करता है। ईंधन सेल दवा में उपयोगी हो सकते हैं और सुविधा के लिए इलेक्ट्रॉनिक गैजेट्स को अपने शरीर में प्रत्यारोपित करने वाले लोगों की छोटी लेकिन बढ़ती संख्या।
"ग्लूकोज ईंधन कोशिकाएं शरीर में आसानी से उपलब्ध ईंधन का उपयोग करके प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों को शक्ति प्रदान करने के लिए उपयोगी हो सकती हैं," फिलिप सिमंस, जिन्होंने अपने पीएचडी के हिस्से के रूप में डिजाइन विकसित किया। थीसिस ने एक ईमेल साक्षात्कार में लाइफवायर को बताया। "उदाहरण के लिए, हम अपने ग्लूकोज ईंधन सेल का उपयोग अत्यधिक छोटे सेंसरों को शक्ति देने के लिए करते हैं जो शरीर के कार्यों को मापते हैं। मधुमेह रोगियों के लिए ग्लूकोज निगरानी, हृदय की स्थिति की निगरानी, या ट्यूमर के विकास की पहचान करने वाले बायोमार्कर को ट्रैक करने के बारे में सोचें।"
छोटे लेकिन ताकतवर
नए ईंधन सेल को डिजाइन करने में सबसे बड़ी चुनौती एक डिजाइन के साथ आ रही थी जो काफी छोटा था, सिमंस ने कहा। उन्होंने कहा कि रोगियों पर उनके प्रभाव को कम करने के लिए प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों को जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए।
"वर्तमान में, बैटरी बहुत सीमित हैं कि वे कितनी छोटी हो सकती हैं: यदि आप बैटरी को छोटा बनाते हैं, तो यह कम कर देती है कि यह कितनी ऊर्जा प्रदान कर सकती है," सिमंस ने कहा। "हमने दिखाया है कि एक ऐसे उपकरण के साथ जो मानव बाल से 100 गुना पतला है, हम ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं जो लघु सेंसर को शक्ति प्रदान करने के लिए पर्याप्त होगी।"
यह देखते हुए कि हमारा ईंधन सेल कितना छोटा है, कोई भी इम्प्लांटेबल उपकरणों की कल्पना कर सकता है जो केवल कुछ माइक्रोमीटर बड़े होते हैं।
साइमन्स और उनके सहयोगियों को नए उपकरण को बिजली पैदा करने में सक्षम बनाना था और 600 डिग्री सेल्सियस तक तापमान का सामना करने के लिए पर्याप्त कठिन बनाना था। यदि एक चिकित्सा प्रत्यारोपण में उपयोग किया जाता है, तो ईंधन सेल को उच्च तापमान नसबंदी प्रक्रिया से गुजरना होगा।
एक ऐसी सामग्री को खोजने के लिए जो उच्च गर्मी का सामना कर सके, शोधकर्ताओं ने सिरेमिक की ओर रुख किया, जो उच्च तापमान पर भी अपने विद्युत रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। शोधकर्ताओं ने कल्पना की है कि नए डिजाइन को अल्ट्राथिन फिल्मों या कोटिंग्स में बनाया जा सकता है और शरीर की प्रचुर मात्रा में ग्लूकोज आपूर्ति का उपयोग करके निष्क्रिय रूप से बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स में प्रत्यारोपण के चारों ओर लपेटा जा सकता है।
नए ईंधन सेल के लिए विचार 2016 में आया जब जेनिफर एल.एम. रूप, सिमंस के थीसिस पर्यवेक्षक और एक एमआईटी प्रोफेसर, जो सिरेमिक और इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरणों में विशेषज्ञता रखते हैं, गर्भावस्था के दौरान ग्लूकोज परीक्षण के लिए गए।
"डॉक्टर के कार्यालय में, मैं बहुत ऊब गया इलेक्ट्रोकेमिस्ट था, यह सोचकर कि आप चीनी और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के साथ क्या कर सकते हैं," रूप ने एक समाचार विज्ञप्ति में कहा। "तब मुझे एहसास हुआ कि ग्लूकोज से चलने वाला सॉलिड-स्टेट डिवाइस होना अच्छा होगा। और फिलिप और मैं कॉफी पर मिले और एक नैपकिन पर पहले चित्र लिखे।"
ग्लूकोज ईंधन कोशिकाओं को पहली बार 1960 के दशक में पेश किया गया था, लेकिन शुरुआती मॉडल नरम पॉलिमर पर आधारित थे। इन शुरुआती ईंधन स्रोतों को लिथियम-आयोडाइड बैटरी से बदल दिया गया था।
"आज तक, बैटरी का उपयोग आमतौर पर पेसमेकर जैसे प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों को बिजली देने के लिए किया जाता है," सिमंस ने कहा। "हालांकि, ये बैटरियां अंततः ऊर्जा से बाहर हो जाएंगी, जिसका अर्थ है कि एक पेसमेकर को नियमित रूप से बदलने की आवश्यकता होती है।यह वास्तव में जटिलताओं का एक बड़ा स्रोत है।"
भविष्य छोटा और प्रत्यारोपण योग्य हो सकता है
एक ईंधन सेल समाधान की तलाश में जो शरीर के अंदर अनिश्चित काल तक रह सकता है, टीम ने प्लैटिनम से बने एनोड और कैथोड के साथ एक इलेक्ट्रोलाइट को सैंडविच किया, एक स्थिर सामग्री जो ग्लूकोज के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करती है।
नए ग्लूकोज ईंधन सेल में जिस प्रकार की सामग्री शरीर में प्रत्यारोपित की जा सकती है, उसके संदर्भ में लचीलेपन की अनुमति देता है। "उदाहरण के लिए, यह पाचन तंत्र के संक्षारक वातावरण का सामना कर सकता है, जो चिड़चिड़ा आंत्र सिंड्रोम जैसी पुरानी बीमारियों की निगरानी करने वाले नए सेंसर को सक्षम कर सकता है," सिमंस ने कहा।
शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं को सिलिकॉन वेफर्स पर रखा, यह दिखाते हुए कि उपकरणों को एक सामान्य अर्धचालक सामग्री के साथ जोड़ा जा सकता है। फिर उन्होंने प्रत्येक सेल द्वारा उत्पादित करंट को मापा क्योंकि उन्होंने कस्टम-फैब्रिकेटेड टेस्ट स्टेशन में प्रत्येक वेफर पर ग्लूकोज का घोल प्रवाहित किया।
उन्नत सामग्री जर्नल में हाल ही में प्रकाशित एक पेपर में प्रकाशित परिणामों के अनुसार, कई कोशिकाओं ने लगभग 80 मिलीवोल्ट का पीक वोल्टेज उत्पन्न किया। शोधकर्ताओं का दावा है कि यह किसी भी ग्लूकोज ईंधन सेल डिजाइन की उच्चतम शक्ति घनत्व है।
ग्लूकोज ईंधन कोशिकाएं शरीर में आसानी से उपलब्ध ईंधन का उपयोग करके प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों को शक्ति प्रदान करने के लिए उपयोगी हो सकती हैं।
एमआईटी टीम ने "प्रत्यारोपित सेंसर और शायद अन्य कार्यों के लिए लघु शक्ति स्रोतों के लिए एक नया मार्ग खोला है," नॉर्वे में ओस्लो विश्वविद्यालय में रसायन विज्ञान के प्रोफेसर ट्रुल्स नोर्बी, जिन्होंने काम में योगदान नहीं दिया, एक समाचार विज्ञप्ति में कहा। "इस्तेमाल किए गए सिरेमिक गैर-विषैले, सस्ते हैं, और शरीर की स्थितियों और आरोपण से पहले नसबंदी की स्थितियों के लिए कम से कम निष्क्रिय नहीं हैं। अब तक की अवधारणा और प्रदर्शन वास्तव में आशाजनक हैं।"
साइमन्स ने कहा कि नए ईंधन सेल भविष्य में उपकरणों के पूरी तरह से नए वर्ग को सक्षम कर सकते हैं। "यह देखते हुए कि हमारा ईंधन सेल कितना छोटा है, कोई भी प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों की कल्पना कर सकता है जो केवल कुछ माइक्रोमीटर बड़े होते हैं," उन्होंने कहा। "क्या होगा अगर हम अब प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों के साथ अलग-अलग कोशिकाओं को संबोधित कर सकें?"
