Kalp hücrelerinin hareketleri elektrik üretiyor
Kalp pilleri, işitme implantları ve giyilebilir sağlık cihazları, çalışmak için pillere ihtiyaç duyuyor. Piller cihazlara ağırlık ve hacim eklerken özellikle tıbbi implantlarda pil değişimi yeni bir ameliyat gerektirebiliyor. Araştırmacılar, bu soruna çözüm olarak vücudun kendi hareketlerinden elektrik üreten biyohibrit enerji sistemi geliştirdi.
Biohybrid mesh harvester adı verilen sistem, esnek bir polimer ağ üzerine yerleştirilmiş çok sayıda küçük piezoelektrik üreteçten oluşuyor. Araştırmacılar, mekanik baskı ve şekil değişimi sırasında elektrik yükü üreten PZT adlı seramikten ürettikleri ince şeritleri bu ağa entegre etti.
Ağın açık yapısı, canlı hücrelerin elektronik bileşenlerin arasına ve çevresine doğru büyümesine olanak tanıyor. Laboratuvar deneylerinde insan kalp hücreleriyle bütünleştirilen sistem, hücreler kasılıp gevşedikçe şekil değiştirerek elektrik üretti. Araştırma, Science Advances dergisinde yayımlandı.
Geleneksel sistemlerden 10 kat daha yüksek enerji yoğunluğu
Geleneksel piezoelektrik enerji toplayıcılar genellikle canlı dokunun yüzeyine yerleştirilen ayrı bileşenlerden oluşuyor. Bu tasarım, yumuşak dokuyla elektronik parçalar arasında mekanik uyumsuzluk oluşturabiliyor ve enerji toplama alanını sınırlıyor.
Yeni yaklaşımda ise çok sayıda küçük üreteç doğrudan hücrelerin büyüdüğü esnek ağın içine dağıtılıyor. Böylece sistem, dokunun farklı noktalarındaki hareketlerden enerji toplayabiliyor ve canlı hücrelerle birlikte esneyebiliyor. Araştırmacılara göre bu yapı, geleneksel merkezi sistemlere kıyasla etkin hacim başına 10 katın üzerinde enerji yoğunluğu sağladı.
Sistemin bir diğer avantajı, üst üste yerleştirilen ince ağ katmanlarıyla enerji üretim kapasitesinin artırılabilmesi. Araştırmacılar, bu yöntemin cihazın hacmini önemli ölçüde büyütmeden farklı güç gereksinimlerine uyarlanabileceğini düşünüyor.
Tıbbi implantlarda kullanılabilir
Teknoloji gelecekte kalp pilleri, kalp izleme sistemleri, nörostimülatörler ve düşük güç tüketen diğer tıbbi elektronik cihazlarda kullanılabilir. Giyilebilir sağlık sensörleri de olası uygulamalar arasında yer alıyor. Araştırmanın kıdemli yazarı ve Massachusetts Amherst Üniversitesi öğretim üyesi Jun Yao, elektronik sistemlerin hücresel ölçekte canlı dokuyla bütünleştirilmesinin biyouyumluluğu iyileştirebileceğini belirtiyor.
Bununla birlikte teknoloji henüz erken aşamada. Sistem yalnızca laboratuvarda yetiştirilen kalp dokusunda test edildi. Canlı bir organizmada çalıştığı veya bir tıbbi implantı tek başına besleyebildiği henüz gösterilmedi. Uzun vadeli dayanıklılık, elektrik üretim kapasitesi ve biyouyumluluk gibi konuların da araştırılması gerekiyor.
En önemli güvenlik sorunlarından biri ise PZT malzemesinin kurşun içermesi. Kurşunun çevre dokulara ulaşmasını önlemek için elektronik bileşenlerin güvenli biçimde yalıtılması gerekiyor. Dolayısıyla sistem, vücudun hareketlerinden enerji elde etmek için umut vadetse de tıbbi kullanıma ulaşması için daha fazla testten geçmek zorunda.
