Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển một thiết bị lưu trữ và thu năng lượng không dây, có khả năng phân hủy sinh học, có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị cấy ghép điện tử sinh học – chẳng hạn như hệ thống phân phối thuốc có thể phân hủy hoàn toàn.
Theo tờ South China Morning Post (Hồng Kông, Trung Quốc), các hệ thống điện sinh học cấy ghép – như cảm biến giám sát và cấy ghép phân phối thuốc – là phương pháp xâm lấn tối thiểu, đáng tin cậy giúp theo dõi và điều trị bệnh hiệu quả. Tuy nhiên, theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Science Advances do các nhà khoa học tại Đại học Lan Châu thực hiện, việc phát triển các mô-đun năng lượng để vận hành các thiết bị này đang tụt hậu so với việc tạo ra các thiết bị khác. cảm biến và mạch điện phân hủy sinh học tương thích.
Một hệ thống phân phối điện không dây, có khả năng phân hủy sinh học mới có thể giúp vận hành các thiết bị cấy ghép phân phối thuốc trong tương lai. (Ảnh: Shutterstock).
Mặc dù các nhà khoa học đã phát triển nhiều thiết bị năng lượng phân hủy sinh học nhưng chúng chỉ sử dụng một lần và không cung cấp đủ năng lượng cho các ứng dụng y sinh.
Hơn nữa, các thiết bị cấp nguồn thường được kết nối với bộ sạc da có thể gây viêm. Các thiết bị chạy bằng pin không sạc được cần phải phẫu thuật thay thế, điều này có thể gây ra nhiều biến chứng.
Để giải quyết thiếu sót này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống năng lượng cấy ghép không dây với hiệu suất lưu trữ năng lượng cao và đặc tính tương thích mô. Thiết kế mềm mại và linh hoạt của thiết bị cũng thích ứng với hình dạng của các mô và cơ quan trong cơ thể con người.
Thiết bị cấp nguồn không dây này bao gồm một cuộn dây magie, có chức năng sạc thiết bị khi cuộn dây truyền bên ngoài được đặt trên vùng da phía trên bộ cấy. Năng lượng mà cuộn dây magie nhận được sẽ đi qua mạch điện trước khi đi vào mô-đun lưu trữ năng lượng, được hình thành từ các siêu tụ điện lai kẽm-ion. Siêu tụ điện này lưu trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện, trong khi pin lưu trữ năng lượng dưới dạng năng lượng hóa học.
Theo nghiên cứu, mặc dù siêu tụ điện lưu trữ ít năng lượng hơn nhưng chúng có mật độ năng lượng cao nên có thể phóng lượng năng lượng lớn một cách nhất quán.
Hệ thống cung cấp năng lượng nguyên mẫu – được đặt trong một bộ phận cấy ghép giống như con chip có khả năng phân hủy sinh học linh hoạt – có thể tích hợp việc thu thập và lưu trữ năng lượng cho thiết bị. Từ đó, điện có thể đi trực tiếp qua mạch vào thiết bị điện tử sinh học đi kèm, hoặc vào siêu tụ điện để đảm bảo nguồn điện đầu ra ổn định, đáng tin cậy sau khi sạc đầy.
Cả kẽm và magiê đều cần thiết cho cơ thể con người. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng lượng kẽm và magie chứa trong thiết bị thấp hơn mức tiêu thụ hàng ngày, khiến cho các bộ phận cấy ghép có khả năng phân hủy có tính tương thích sinh học.
Thiết bị lưu trữ và cung cấp năng lượng không dây do nhóm các nhà khoa học Trung Quốc tạo ra có khả năng phân hủy sinh học. (Ảnh: Đại học Lan Châu).
Toàn bộ thiết bị được phủ polymer và sáp, có thể uốn cong và xoắn theo cấu trúc của mô.
Các thử nghiệm trên chuột cho thấy thiết bị có thể hoạt động hiệu quả tới 10 ngày và phân hủy hoàn toàn trong vòng 2 tháng.
Theo nghiên cứu, thời gian hoạt động của thiết bị này có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ dày và tính chất hóa học của vỏ.
Các nhà khoa học nhấn mạnh hệ thống phân phối thuốc có thể được tích hợp vào các mô và cơ quan khác nhau trong cơ thể và “đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp và điều trị thuốc theo yêu cầu tại địa phương”.
Để chứng minh chức năng của nguồn điện, các nhà nghiên cứu đã kết nối các siêu tụ điện xếp chồng lên nhau với một cuộn dây tiếp nhận và một thiết bị phân phối thuốc có thể phân hủy sinh học rồi cấy thiết bị này vào chuột. Nguyên mẫu được cấy ghép bao gồm các mảnh riêng biệt được ghép lại với nhau.
Thiết bị phân phối thuốc chứa thuốc chống viêm được cấy vào chuột bị sốt nấm men.
Kết quả là trong 12 giờ theo dõi, nhiệt độ của nhóm chuột không được cấy ghép cao hơn đáng kể so với nhóm được cấy ghép.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho rằng, việc bật tắt thiết bị vẫn còn nhiều bất cập, do thiết bị chỉ dừng khi hết điện. Nhưng họ nói rằng việc kích hoạt sạc theo quy tắc có thể giúp kiểm soát thời gian bật tắt của thiết bị.
Ở những con chuột được cấy thiết bị không tích điện, các nhà nghiên cứu cho biết cũng có một số thuốc giải phóng thụ động, vì nhiệt độ ghi nhận ở nhóm này cũng giảm so với nhóm đối chứng.
Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng nguyên mẫu này “thể hiện một bước tiến quan trọng trong việc phát triển một loạt các thiết bị điện sinh học có thể cấy ghép tạm thời với tiềm năng cung cấp các giải pháp năng lượng hiệu quả và đáng tin cậy”.
- Nghiên cứu mới củng cố lý thuyết về cách động vật có được đốm và kiểu dáng
- Khi động đất xảy ra, nhà cao tầng làm thế nào để giảm rung lắc?
- “Những vương quốc nhỏ” trong lâu đài đất ở Trung Quốc
