شارژ بدون جراحی؛ باتری‌های ایمپلنت با فراصوت در ۲ ساعت شارژ می‌شوند
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، همزمان با افزایش تقاضا برای دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت در سراسر جهان، نگرانی‌ها در مورد قابلیت استفاده طولانی مدت و ایمنی بیمار نیز افزایش می‌یابد. دستگاه‌هایی مانند ضربان‌سازها، محرک‌های عصبی و سیستم‌های دارورسانی به دلیل افزایش جمعیت سالمندان، بیماری‌های مزمن و آسیب‌های تصادفی، به طور فزاینده‌ای رایج می‌شوند.
اما با وجود پتانسیل نجات‌بخشی، این ایمپلنت‌ها یک محدودیت اساسی دارند. باتری‌ها در نهایت تمام می‌شوند و نیاز به تعویض دارند.
هر بار که این اتفاق می‌افتد، بیماران باید به تخت عمل برگردند. این جراحی‌های مکرر خطرات و ناراحتی‌های جدی برای سلامتی ایجاد می‌کنند و شارژ مجدد باتری را به یک مشکل حل نشده حیاتی در این زمینه تبدیل می‌کنند.
اکنون، یک تیم تحقیقاتی کره جنوبی ممکن است راه حلی موفقیت‌آمیز پیدا کرده باشد.
شارژ با اولتراسوند بدون هیچ مشکلی
پروفسور جینهو چانگ و تیمش در DGIST (موسسه علوم و فناوری دائگو گیونگبوک) یک سیستم شارژ بی‌سیم مبتنی بر فراصوت توسعه داده‌اند که می‌تواند باتری‌های دستگاه‌های کاشتنی را بدون جراحی و با خیال راحت و کارآمد شارژ کند.
همزمان با افزایش تقاضا برای دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت در بدن در سراسر جهان، نگرانی‌ها در مورد قابلیت استفاده طولانی مدت و ایمنی بیمار نیز افزایش می‌یابد.
لایه اول امواج فراصوت ورودی را جذب کرده و آنها را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. لایه دوم انرژی فراصوت باقیمانده را که از آن عبور می‌کند، جمع‌آوری کرده و انرژی اضافی تولید می‌کند.
با ترکیب خروجی‌های هر دو لایه، این سیستم بیش از ۲۰ درصد راندمان بالاتری نسبت به برداشت‌کننده‌های معمولی ارائه می‌دهد.
این تیم قبل از رفتن به مرحله ساخت، از شبیه‌سازی‌ها برای بهینه‌سازی طراحی برداشت‌کننده استفاده کرد. پس از ساخت، هر دو لایه به صورت الکتریکی به هم متصل شدند تا کل توان خروجی به حداکثر برسد.
این دستگاه به چگالی توان ۴۹۷.۴۷ میلی‌وات در هر سانتی‌متر مربع در آب و خروجی کل ۷۳۲.۲۷ میلی‌وات دست یافت که برای شارژ کامل یک باتری ۱۴۰ میلی‌آمپر ساعتی در ۱.۷ ساعت کافی است.
نتایج و عملکرد در دنیای واقعی
برای ارزیابی عملکرد در شرایط واقعی، محققان دستگاه را با بافت خوک به ضخامت ۳۰ میلی‌متر آزمایش کردند تا بدن انسان را شبیه‌سازی کنند.
حتی تحت این محدودیت‌ها، این دستگاه برداشت برق ۳۱۲.۳۴ میلی‌وات تولید کرد.
برای آزمایش بیشتر این فناوری، تیم چانگ دو آزمایش کلیدی انجام داد.
در آزمایش اول، آنها یک باتری تجاری ۱۴۰ میلی‌آمپر ساعتی را تنها در ۱ ساعت و ۴۰ دقیقه، با استفاده از یک سیستم زیر آب در فاصله ۳۰ میلی‌متری، به طور کامل شارژ کردند. در آزمایش دوم، با استفاده از بافت خوک با همان ضخامت برای شبیه‌سازی آناتومی انسان، یک باتری ۶۰ میلی‌آمپر ساعتی را در ۱ ساعت و ۲۰ دقیقه شارژ کردند.
هر دو نتیجه در سطح جهانی در نظر گرفته می‌شوند. توان خروجی به‌دست‌آمده بیش از دو برابر توان خروجی سیستم‌های شارژ فراصوت گزارش‌شده قبلی است.
پروفسور چانگ گفت: «این تحقیق یک فناوری نوآورانه ارائه می‌دهد که به طور مؤثر انرژی فراصوت را که در گذشته به طور کامل مورد استفاده قرار نگرفته بود، برای شارژ بی‌سیم دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت، جمع‌آوری می‌کند.»
او افزود که این تیم قصد دارد این فناوری را با بهبود‌های بیشتر تجاری‌سازی کند. «هدف ما تجاری‌سازی سیستمی است که بتواند با ترکیب این فناوری شارژ بی‌سیم مبتنی بر فراصوت با اجزای نیمه‌هادی با راندمان بالا، ظرف یک ساعت به طور کامل شارژ شود.»
در صورت موفقیت، این رویکرد می‌تواند نیاز به جراحی‌های مکرر را از بین ببرد. همچنین ممکن است در آینده نزدیک در‌هایی را به سوی الکترونیک‌های قابل کاشت کوچک‌تر، هوشمندتر و بادوام‌تر بگشاید.
این مطالعه در مجله Biosensors and Bioelectronics منتشر شده است.