İnsan hücrelerinden elektrik üreten biyohibrit sistem geliştirildi
İnsan kalp hücrelerinin hareketlerinden elektrik üreten esnek bir sistem geliştirildi. Teknoloji, gelecekte kalp pilleri ve tıbbi implantların pil ihtiyacını azaltabilir.
ABD’deki Massachusetts Amherst Üniversitesi araştırmacıları, insan kalp hücrelerinin kasılmalarını elektriğe dönüştüren esnek bir elektronik ağ geliştirdi. Sistem, laboratuvar ortamında geleneksel yöntemlere göre 10 katın üzerinde enerji yoğunluğu sağladı.
Kalp hücrelerinin hareketleri elektrik üretiyor
Kalp pilleri, işitme implantları ve giyilebilir sağlık cihazları pillere bağımlı çalışıyor. Piller cihazlara hacim ve ağırlık katarken, tıbbi implantlarda pil değişimi ek ameliyat gerektirebiliyor. Araştırmacılar bu sorunu çözmek için vücudun kendi hareketlerinden elektrik üreten biyohibrit enerji sistemi tasarladı.
Biohybrid mesh harvester adlı sistem, esnek polimer ağ üzerine yerleştirilmiş çok sayıda küçük piezoelektrik üreteçten oluşuyor. Araştırmacılar, mekanik baskı sırasında elektrik yükü üreten PZT seramiğinden yapılmış ince şeritleri bu ağa entegre etti.
Ağın açık yapısı, canlı hücrelerin elektronik bileşenlerin arasına ve çevresine büyümesine izin veriyor. Laboratuvar deneylerinde insan kalp hücreleriyle bütünleştirilen sistem, hücreler kasılıp gevşedikçe şekil değiştirerek elektrik üretti. Çalışma Science Advances dergisinde yayımlandı.
Geleneksel sistemlerden 10 kat daha yüksek enerji yoğunluğu
Geleneksel piezoelektrik toplayıcılar genellikle canlı dokunun yüzeyine yerleştirilen ayrı bileşenlerden oluşuyor. Bu yaklaşım, yumuşak dokuyla elektronik parçalar arasında mekanik uyumsuzluk yaratabiliyor ve enerji toplama alanını sınırlıyor.
Yeni sistemde 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 belirtiyor.
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 Jun Yao, elektronik sistemlerin hücresel ölçekte canlı dokuyla bütünleştirilmesinin biyouyumluluğu iyileştirebileceğini ifade ediyor.
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 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.