اندازه گیری «پی اچ» خون با کوچکترین نانو خازن جهان

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، کوچک‌سازی فناوری حسگر‌های میکروالکترونیکی، روبات‌های میکروالکترونیکی یا ایمپلنت‌های داخل عروقی به سرعت در حال پیشرفت است. با این حال، این امر چالش‌های بزرگی را برای تحقیقات ایجاد می‌کند.

یکی از بزرگترین آن‌ها توسعه دستگاه‌های ذخیره انرژی بسیار کوچک، اما کارآمد است که عملکرد میکروسیستم‌های خودکار را فعال می‌کند. اگر قرار است این دستگاه‌ها در بدن استفاده شوند، باید سازگار با محیط‌زیست باشند. اکنون یک نمونه اولیه وجود دارد که این ویژگی‌های ضروری را به‌صورت هم‌زمان با هم دارد.

این پیشرفت توسط یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی به سرپرستی الیور اشمیت، استاد سیستم‌های مواد برای نانوالکترونیک در دانشگاه صنعتی کمنیتز، انجام شده است. در این مطالعه، موسسه لایبنیتس برای تحقیقات جامد و مواد (IFW) درسدن و موسسه تحقیقات پلیمری لایبنیتس درسدن (IPF) نیز به‌عنوان شریک همکاری و شرکت داشتند.

در مقاله‌ای که این گروه در Nature Communications به چاپ رساندند، جزئیات مربوط به کوچکترین خازن جهان را منتشر کردند، که در رگ‌های خونی (مصنوعی) استفاده شده و می‌تواند به‌عنوان منبع انرژی در یک سیستم حسگر کوچک برای اندازه‌گیری pH مورد استفاده قرار گیرد.

این سیستم ذخیره‌سازی، امکاناتی را برای ایمپلنت‌های داخل عروقی و سیستم‌های میکرو روباتیک برای زیست پزشکی نسل بعدی ایجاد می‌کند که می‌توانند در فضا‌های کوچک و سخت در عمق بدن انسان کار کنند. به‌عنوان مثال، تشخیص زمان واقعی pH خون می‌تواند به پیش‌بینی رشد اولیه تومور کمک کند.

الیور اشمیت می‌گوید: «دیدن این سامانه میکروالکترونیک جدید، بسیار انعطاف‌پذیر و سازگار، مایه دلگرمی است.»

ساخت نمونه‌های اولیه و بررسی خازن زیستی تا حد زیادی در مرکز تحقیقات MAIN در دانشگاه فناوری کمنیتز انجام شده است.

وینیت کومار، محقق تیم پروفسور اشمیت می‌گوید: «معماری نانوزیست ابرخازن‌های ما، اولین راه حل بالقوه برای یکی از بزرگترین چالش‌ها را ارائه می‌دهد.»

با این وجود، دستگاه‌های ذخیره انرژی کوچکتر موسوم به «خازن‌های نانو» (nBSC) یک چالش بزرگ فنی هستند. بنابراین، به‌عنوان یک قاعده کلی، در ابرخازن‌ها از مواد زیست سازگار استفاده نمی‌شود بلکه از الکترولیت‌های خورنده استفاده می‌شود و درصورت بروز نقص و آلودگی سریع تخلیه می‌شوند.

هر دو جنبه، آن‌ها را برای کاربرد‌های پزشکی در بدن نامناسب می‌کند. اما «خازن‌های زیستی (BSCs)» راه حلی برای این مشکل ارائه می‌دهند. آن‌ها کاملاً زیست سازگار هستند، به این معنی که می‌توان آن‌ها را در مایعات بدن مانند خون استفاده کرد.

در حال حاضر، کوچکترین دستگاه‌های ذخیره انرژی بزرگتر از ۳ میلی‌متر مکعب هستند. تیم الیور اشمیت در حال حاضر موفق به تولید ساختاری ۳۰۰۰ برابر کوچکتر از nBSC لوله‌ای شده‌است که با حجم ۰٫۰۰۱ میلی‌متر مکعب (۱ نانولیتر) تا ۱٫۶ ولت ولتاژ برای حسگر‌های میکروالکترونیکی ارائه می‌دهد. این انرژی می‌تواند برای یک سیستم حسگر در خون استفاده شود. سطح قدرت نیز تقریباً معادل ولتاژ یک باتری استاندارد AAA است.