يمكن لبطارية صغيرة مصنوعة من هيدروجيل الحرير تشغيل جهاز تنظيم ضربات القلب الخاص بالماوس

تتكون أصغر بطارية ليثيوم أيون ناعمة على الإطلاق من ثلاث قطرات صغيرة تتكون من هيدروجيل مصنوع من الحرير. يمكن لبطارية القطرة أن توفر صدمات كهربائية مزيلة للرجفان لقلوب الفئران النابضة، إلى جانب توفير التحكم على غرار جهاز تنظيم ضربات القلب – ولكنها قد تعمل في نهاية المطاف على تشغيل المزروعات الطبية الحيوية والإلكترونيات التي يمكن ارتداؤها للبشر.

يقول يوجيا تشانغ من جامعة أكسفورد: “من المحتمل أن تُستخدم بطاريتنا الصغيرة كبطارية روبوتية صغيرة قابلة للزرع، والتي يمكن نقلها إلى المواقع المستهدفة بواسطة مجال مغناطيسي ثم إطلاق طاقتها للعلاج الطبي”.

صمم تشانغ وزملاؤه البطاريات الصغيرة على شكل ثلاث قطرات متصلة يمكنها التجمع ذاتيًا في محلول سائل، بعد حقن المكونات المختلفة في السائل بواسطة حقنة صغيرة. تحتوي إحدى القطرات على جزيئات أكسيد منغنيز الليثيوم وتعمل بمثابة القطب السالب للبطارية، بينما تحتوي القطرة الثانية على جزيئات تيتانات الليثيوم وتمثل القطب الموجب. وتفصل قطرة مركزية مملوءة بكلوريد الليثيوم بين هذه الأقطاب الكهربائية. يعمل ضوء الأشعة فوق البنفسجية على تنشيط البطارية عن طريق تمزيق الطبقات التي تفصل كل قطرة والسماح لأيونات الليثيوم بالتدفق بحرية بينها.

يبلغ طول بطاريات القطرات 10 مرات أصغر من بطاريات الليثيوم أيون اللينة السابقة. ويبلغ حجمه 600 ميكرومتر فقط، أي حوالي ستة أضعاف عرض شعرة الإنسان. كما أن حجم البطاريات أصغر 1000 مرة من بطاريات الليثيوم أيون المرنة المماثلة. ولأن القطرة المركزية يمكن أن تحتوي على جزيئات نيكل مغناطيسية، فيمكن التحكم في البطاريات عن بعد عبر مجال مغناطيسي خارجي.

كما توفر هذه البطاريات المصغرة أيضًا كمية غير مسبوقة من الطاقة نظرًا لصغر حجمها، كما يقول وي جاو من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. ويقول: “إن كثافة الطاقة هذه أعلى بشكل ملحوظ مما تم تحقيقه في البطاريات الأخرى ذات الحجم المماثل”.

تم اختبار بطاريات القطرات في قلوب الفئران التي تم إزالتها من أجسام الحيوانات. لقد نجحوا في العمل كأجهزة مزيلة للرجفان لاستعادة ضربات القلب الطبيعية وأجهزة تنظيم ضربات القلب لتنظيم ضربات القلب. وأظهر اختبار إضافي أن البطاريات تحتفظ بنسبة 77% من سعتها الأصلية بعد 10 دورات شحن وتفريغ.

يقول جاو إن بساطة هذه البطاريات الصغيرة وقابليتها للتوسع يمكن أن تمثل ميزة محتملة على تصنيع البطاريات التقليدية في المستقبل. واقترح أن مثل هذه البطاريات يمكنها تشغيل عمليات زرع الأجهزة الطبية الحيوية والأجهزة الطبية القابلة للتحلل بأقل تدخل جراحي.

يقول جاو: “أكثر ما أثار إعجابي هو كيف تعكس هذه البطارية الناعمة البيئة المائية للأنسجة البشرية من خلال كونها تعتمد على الهيدروجيل”. “ومع ذلك، ما زلنا بحاجة إلى النظر في سلامة المواد المستخدمة في هذه البطارية وتوافقها الحيوي، خاصة ونحن نتحرك نحو التسويق أو المزيد من التطبيقات البحثية.”